Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn – Stephen Hawking

“Brief Anwers to the Big Questions” là quyển sách cuối cùng của Stephen Hawking. Quyển sách được xuất bản năm 2018, sau khi Hawking qua đời.

Quyển sách gồm 10 chương:

VÌ SAO CHÚNG TA PHẢI NÊU NHỮNG CÂU HỎI LỚN?

Chương 1. Chúa có tồn tại không?

Chương 2. Vũ trụ đã ra đời như thế nào?

Chương 3. Có sự sống thông minh khác trong Vũ trụ hay không?

Chương 4. Chúng ta có thể dự báo tương lai không?

Chương 5. Cái gì ở bên trong lỗ đen?

Chương 6. Du hành thời gian có được không?

Chương 7. Liệu chúng ta sẽ sống sót trên Trái Đất không?

Chương 8. Chúng ta sẽ chiếm cứ không gian được không?

Chương 9. Liệu trí tuệ nhân tạo có vượt mặt chúng ta không?

Chương 10. Chúng ta định hình tương lai như thế nào?

VÌ SAO CHÚNG TA PHẢI NÊU NHỮNG CÂU HỎI LỚN?

Loài người luôn muốn trả lời những câu hỏi to lớn ấy. Chúng ta từ đâu đến? Vũ trụ đã ra đời như thế nào? Đâu là ý nghĩa và thiết kế ẩn sau vạn vật? Có giống loài nào khác trong vũ trụ ngoài kia không? Những lí giải viện dẫn đấng sáng tạo của ngày xưa nay chẳng còn liên quan và tin cậy gì mấy. Chúng đã bị thay thế bởi vô số cái chỉ có thể gọi là mê tín, đa dạng từ New Age đến Star Trek. Nhưng khoa học thật sự có thể còn kì lạ hơn nhiều so với các hư cấu khoa học, và hả lòng hả dạ hơn nhiều.

Tôi là một nhà khoa học. Và là một nhà khoa học với niềm đam mê sâu sắc dành cho vật lí học, vũ trụ học, vũ trụ và tương lai của nhân loại. Tôi được bố mẹ mình mang đến cõi đời này với một lòng hiếu kì không gì lay chuyển nổi và, giống bố mình, tôi nghiên cứu và cố gắng trả lời nhiều câu hỏi mà khoa học đặt ra cho chúng ta. Tôi đã dành trọn đời mình chu du khắp cõi vũ trụ, bên trong tâm trí tôi. Thông qua vật lí lí thuyết, tôi tìm kiếm lời đáp cho một số câu hỏi vĩ đại. Đã có lúc tôi tưởng mình đã chứng kiến cái kết của vật lí học như chúng ta biết về nó, nhưng nay tôi nghĩ sự diệu kì khám phá vẫn sẽ tiếp tục kéo dài sau khi tôi tạ thế. Chúng ta đã ở gần một số câu trả lời này rồi, nhưng chúng ta vẫn chưa đến được đấy.

Vấn đề là, đa số mọi người tin rằng khoa học thật sự quá khó và quá phức tạp để họ lĩnh hội. Nhưng tôi không nghĩ vậy. Làm nghiên cứu về các định luật cơ bản chi phối vũ trụ sẽ đòi hỏi sự cam kết về thời gian mà đa số mọi người không có; thế giới sẽ sớm rơi vào ngưng trệ nếu tất cả chúng ta đều cố làm vật lí lí thuyết. Nhưng đa số mọi người có thể hiểu và đánh giá đúng các ý tưởng căn bản nếu chúng được trình bày theo một cách rõ ràng, không có các phương trình, đó là cái tôi tin là có thể và tôi đã cố gắng vui vẻ làm trong suốt cuộc đời mình.

Đó là một quãng đời tươi đẹp khi được sống và làm nghiên cứu về vật lí lí thuyết. Bức tranh của chúng ta về vũ trụ đã thay đổi rất nhiều trong năm mươi năm qua, và tôi hạnh phúc lắm nếu tôi có chút công đóng góp nào đó. Một trong những thiên khải của kỉ nguyên không gian là bối cảnh mà nó đem lại cho nhân loại nhìn lại chính chúng ta. Khi chúng ta nhìn thấy Trái Đất từ không gian, chúng ta đang thấy chính chúng ta như một tổng thể. Chúng ta nhìn thấy một nhất thể, không có sự phân chia nào hết. Đó là một bức ảnh đơn giản đến thế cùng một thông điệp thuyết phục; một hành tinh, một giống người.

Tôi muốn góp thêm tiếng nói của mình cùng với những người yêu cầu phải có sự hành động tức thời về những thách thức lớn đối với cộng đồng toàn cầu của chúng ta. Tôi hi vọng trong thời gian sắp tới, ngay cả khi tôi không còn trên cõi đời này nữa, các nhà cầm quyền có thể biểu lộ được sự sáng tạo, dũng khí và tài lãnh đạo. Hãy để họ nâng tầm thách thức của những mục tiêu phát triển bền vững, và hành động, không phải vì quyền lợi cá nhân, mà vì quyền lợi chung. Tôi biết rất rõ thời gian quý báu dường nào. Hãy chớp thời cơ. Hành động ngay bây giờ.

Tôi từng viết về cuộc đời mình trước đây rồi nhưng một phần trải nghiệm của tôi xưa kia đáng để lặp lại khi tôi nghĩ về niềm đam mê cả đời của mình với những câu hỏi lớn ấy.

Tôi sinh ra đúng 300 năm sau ngày Galileo qua đời, và tôi thích nghĩ rằng sự trùng hợp này đã định hình sự nghiệp khoa học của tôi phải như thế nào. Tuy vậy, theo tôi ước tính thì có khoảng 200.000 đứa trẻ khác cũng chào đời vào ngày hôm ấy; tôi chẳng biết có ai trong số họ sau này trở nên hứng thú với thiên văn học hay không.

Tôi lớn lên trong một ngôi nhà cao, hẹp kiểu Victoria ở Highgate, London. Bố mẹ tôi đã mua ngôi nhà ấy với giá rẻ mạt thời Thế chiến Thứ hai khi mà ai ai cũng nghĩ London sắp bị bom đạn san bằng. Thật vậy, một tên lửa V2 đã rơi cách nhà chúng tôi có vài căn. Lúc ấy, tôi cùng mẹ và em gái đi xa, và may thay bố tôi không bị gì cả. Trong những năm sau đó, có một hố bom lớn trên đường mà tôi thường chơi với thằng bạn Howard ở đó. Chúng tôi nghiên cứu các kết quả của vụ nổ đó với sự hiếu kì y hệt sự hiếu kì đã chi phối toàn bộ cuộc đời tôi.

Năm 1950, chỗ làm của bố tôi dời lên mạn bắc London, đến Viện Nghiên cứu Y học Quốc gia vừa mới xây xong ở Mill Hill, nên nhà tôi cũng chuyển lên khu dân cư giáo đường St Albans lân cận đó. Tôi được gửi vào trường Trung học dành cho Nữ, dù tên gọi thế nhưng trường này nhận cả nam sinh dưới mười tuổi. Sau đó, tôi vào học trường St Albans. Tôi chưa bao giờ trồi lên quá thứ hạng giữa của lớp – đó là một lớp rất giỏi – nhưng bạn trong lớp cứ gán cho tôi biệt danh Einstein, cứ như là họ nhìn thấy dấu hiệu của một cái gì đó sáng giá hơn vậy. Năm tôi mười hai tuổi, một đứa bạn của tôi cá cược một túi kẹo với một đứa khác rằng sau này tôi sẽ không bao giờ làm nên trò trống gì.

Tôi có sáu hay bảy đứa bạn thân gì đó ở St Albans, và tôi nhớ đã có những buổi thảo luận và tranh luận lê thê về mọi thứ, từ các mô hình điều khiển bằng radio cho đến tôn giáo. Một trong những câu hỏi lớn mà chúng tôi bàn cãi là nguồn gốc của vũ trụ, và liệu có cần Chúa để sáng tạo và điều hành vũ trụ hay không. Tôi từng nghe nói rằng ánh sáng đến từ các thiên hà ở xa bị lệch về đầu đỏ của quang phổ và điều này được cho là dấu hiệu rằng vũ trụ đang giãn nở. Nhưng tôi cam chắc phải có một lí do nào đó khác cho sự lệch đỏ. Có lẽ ánh sáng bị mệt và đỏ tái trên đường nó truyền tới chúng ta chăng? Một vũ trụ về cơ bản bất biến và vĩnh hằng thì trông tự nhiên hơn nhiều chứ nhỉ. (Chỉ đến nhiều năm sau này, sau khám phá bức xạ nền vi sóng vũ trụ, khoảng hai năm sau khi tôi bắt tay vào làm nghiên cứu tiến sĩ, tôi mới nhận ra là mình đã sai.)

Tôi luôn rất hứng thú với cách vận hành của các thứ xung quanh, và tôi thường tháo chúng ra để xem chúng hoạt động như thế nào, nhưng tôi chẳng giỏi ở việc ráp chúng trở lại như cũ. Khả năng thực hành của tôi chưa bao giờ đuổi kịp cái chất lí thuyết của mình. Bố tôi khuyến khích tôi nên yêu khoa học và ông rất quan tâm chuyện tôi nên vào trường Oxford hay Cambridge. Bản thân ông từng học University College, Oxford, thành ra ông nghĩ tôi nên nộp hồ sơ vào đấy. Lúc ấy, University College không có giảng viên toán, nên tôi ít có lựa chọn, vậy nên tôi thử xin một suất học bổng về khoa học tự nhiên. Tôi cảm thấy bất ngờ với chính mình luôn, không ngờ lại thành công.

Thái độ kiêu căng thời ấy tại Oxford là rất phản học thuật. Bạn được cho là thông minh mà chẳng cần cố gắng gì, hoặc bạn cứ chấp nhận những cái dở của mình và lấy một tấm bằng hạng tư. Tôi xem đây là một lời mời để chây lười. Tôi chẳng tự hào gì về điều này, tôi chỉ đang mô tả thái độ của mình khi ấy, phần lớn đám sinh viên đồng bọn của tôi cũng chia sẻ thái độ giống vậy. Một kết quả về bệnh tình của tôi đã làm thay đổi toàn bộ điều đó. Khi bạn đối mặt với khả năng chết yểu, nó khiến bạn nhận ra rằng có rất nhiều thứ bạn muốn làm trước khi cuộc đời của bạn khép lại.

Do chẳng học hành gì nhiều, nên tôi dự tính đối phó với kì thi cuối khóa bằng cách tránh né những câu hỏi đòi hỏi kiến thức thực tế và thay vậy tập trung vào những vấn đề về vật lí lí thuyết. Nhưng đêm trước ngày thi tôi không ngủ nên tôi làm bài không tốt lắm. Tôi ở trên lằn ranh giữa bằng hạng nhất và hạng nhì, và tôi phải qua vòng phỏng vấn trước các giám khảo để xếp tôi vào hạng nào. Trong buổi phỏng vấn, họ hỏi tôi về các kế hoạch tương lai của mình. Tôi đáp rằng tôi muốn làm nghiên cứu. Nếu họ cho tôi hạng nhất thì tôi sẽ đi Cambridge. Nếu tôi chỉ được hạng nhì thì tôi sẽ ở lại Oxford. Thế là họ cho tôi hạng nhất.

Trong kì nghỉ dài ngày sau kì thi cuối khóa của mình, trường đại học tài trợ một số suất du lịch nhỏ. Tôi nghĩ tôi đề xuất đi càng xa thì cơ hội giành vé của mình sẽ càng lớn, thế là tôi nói tôi muốn đi Iran. Mùa hè năm 1962 tôi lên đường, bắt xe lửa đến Istanbul, rồi đến Erzuerum ở miền đông Thổ Nhĩ Kì, rồi đến Tabriz, Tehran, Isfahan, Shiraz và Persepolis, thủ đô của các vương quốc Ba Tư cổ đại. Trên đường về nhà, tôi và bạn đồng hành du lịch của mình, Richard Chiin, bị kẹt lại trong trận động đất Bouin-Zahra, một cơn địa chấn mạnh 7,1 độ Richter khiến hơn 12.000 người thiệt mạng. Tôi phải ở gần tâm chấn lắm, nhưng tôi không hay biết gì vì tôi bị bệnh, và lúc ấy chúng tôi ở trên xe bus đang chạy cà tưng trên các nẻo đường Iran vô cùng gập ghềnh.

Chúng tôi trải qua vài ngày sau đó tại Tabriz, trong lúc tôi hồi phục sức khỏe từ chứng kiết lị trầm trọng và do một xương sườn bị gãy trên xe bus lúc tôi bị hất văng ra phía trước ghế ngồi, vẫn chẳng hay biết gì về thảm họa vì chúng tôi đâu có biết tiếng Farsi. Mãi đến khi tới Istanbul chúng tôi mới biết chuyện gì đã xảy ra. Tôi gửi một tấm bưu thiếp về cho bố mẹ, họ đã lo lắng chờ đợi trong mười ngày rồi, vì lần cuối họ nghe nói tôi rời Tehran đi sang vùng thảm họa vào đúng cái ngày động đất. Mặc kệ cơn địa chấn, tôi đã có nhiều kỉ niệm đẹp trong đời mình ở Iran. Sự hiếu kì mãnh liệt về thế giới có thể đưa người ta vào con đường nguy hiểm, nhưng đối với tôi có lẽ đây là lần duy nhất trong đời tôi điều này là đúng.

Tháng Mười năm 1962, tôi tròn hai mươi tuổi khi tôi vào học khoa toán học ứng dụng và vật lí lí thuyết ở Cambridge. Tôi nộp đơn xin làm với Fred Hoyle, nhà thiên văn học người Anh nổi tiếng nhất lúc bấy giờ. Tôi nói thiên văn học, bởi lẽ thời ấy vũ trụ học khó mà được công nhận là một lĩnh vực chính thống. Tuy nhiên, Hoyle đã nhận đủ học trò rồi, vì thế hết sức thất vọng, tôi nộp đơn sang Dennis Sciama, người chưa từng nghe nói tới. Nhưng đúng là may thật khi tôi không từng là học trò của Hoyle, nếu không tôi đã bị cuốn vào việc bảo vệ lí thuyết trạng thái-tĩnh của ông, một nhiệm vụ còn khó hơn cả việc dàn xếp Brexit. Tôi bắt đầu công việc của mình bằng cách đọc những giáo trình xưa cũ về thuyết tương đối rộng – như thường lệ, tôi lại bị cuốn vào những câu hỏi lớn.

Như một số bạn có lẽ đã thấy trong bộ phim mà Eddie Redmayne đóng một phiên bản đặc biệt soái ca của tôi, trong năm thứ ba tôi học ở Oxford tôi để ý thấy dường như bản thân mình ngày càng lóng ngóng. Tôi cảm thấy thế một đôi lần và không thể hiểu nổi vì sao, và tôi để ý thấy tôi không còn khả năng điều khiển cái thuyền chèo cho đúng nữa. Rõ ràng có cái gì đó trục trặc, và tôi có phần bực bội khi một bác sĩ lúc ấy bảo tôi rằng đừng có uống bia nữa.

Mùa đông sau khi tôi vào học Cambridge trời rất lạnh. Tôi nằm ườn ở nhà trong kì nghỉ Giáng sinh, trong khi mẹ tôi thuyết phục tôi đi trượt băng trên hồ ở St Albans, dù tôi biết rằng tôi không có trượt nổi. Tôi cảm thấy uể oải và hết sức khó năng động trở lại. Mẹ tôi nhận ra có cái gì đó không ổn và bà đưa tôi đi gặp bác sĩ.

Tôi trải qua vài tuần trong bệnh viện St Bartholomew ở London và có nhiều xét nghiệm. Vào năm 1962, các xét nghiệm có phần cổ lỗ hơn so với ngày nay. Một mẫu cơ được trích từ cánh tay tôi, họ gắn các điện cực vào người tôi và tiêm vào gai sống của tôi một chất lỏng mờ đục vô tuyến, các bác sĩ theo dõi chuyển động lên xuống của nó bằng tia X, khi cái giường bệnh nghiêng đi. Thật ra họ không hề nói tôi biết cái gì không ổn, nhưng tôi đoán đủ biết tình hình tệ lắm, thế nên tôi cũng chẳng thèm hỏi. Tôi góp nhặt từ các trao đổi của bác sĩ rằng nó, dù cho “nó” là thứ gì, sẽ càng trầm trọng hơn, và họ chẳng thể làm được gì ngoài việc cho tôi uống vitamin. Thật vậy, vị bác sĩ tiến hành các xét nghiệm đã bó tay với tôi và tôi không bao giờ nhìn thấy ông ta lần nào nữa.

Rồi một lúc nào đó tôi cũng phải biết rằng chẩn đoán của bác sĩ là ALS (amyotropic lateral sclerosis – xơ cứng teo cơ một bên), một loại bệnh về neuron vận động, trong đó các tế bào thần kinh của não và dây sống teo lại và rồi làm sẹo hoặc xơ cứng. Tôi cũng biết rằng những người mắc chứng này sẽ dần dần mất khả năng điều khiển cử động của họ, rồi sẽ không nói được, không ăn được, và cuối cùng là không thở được.

Bệnh tình của tôi có vẻ diễn tiến nhanh. Bạn có thể hiểu đấy, tôi trở nên suy sụp và thấy không còn khả năng tiếp tục nghiên cứu luận án tiến sĩ của mình, vì tôi chẳng biết mình có sống tới ngày hoàn thành nó hay không. Nhưng rồi diễn biến bệnh tình chậm lại và rồi tôi có nhiệt tình trở lại để làm việc. Sau khi những kì vọng của tôi đã giảm xuống tới mức zero, mỗi ngày mới trở thành một ân huệ, và tôi bắt đầu hiểu rõ mỗi thứ mà tôi thật sự có được. Còn sống là còn hi vọng.

Và, tất nhiên, còn có một người phụ nữ trẻ tên gọi là Jane mà tôi từng gặp ở một bữa tiệc. Cô rất quả quyết rằng chúng tôi có thể cùng nhau chiến đấu với bệnh tật của tôi. Sự tự tin của cô đã cấp cho tôi hi vọng. Việc đính hôn khiến tinh thần tôi thêm phấn chấn, và tôi nhận ra, nếu chúng tôi đi tới kết hôn, tôi phải có việc làm và phải làm cho xong luận án tiến sĩ. Và lúc nào cũng vậy, những câu hỏi lớn lại thôi thúc tôi. Tôi bắt đầu nghiên cứu cật lực và tôi thấy thích thú.

Để có tiền xoay sở trong lúc làm nghiên cứu, tôi làm đơn xin học bổng nghiên cứu sinh tại Gonville và Cauis College. Trước sự bất ngờ kinh khủng của tôi, tôi được chọn và được nhận học bổng Cauis đầu tiên. Học bổng ấy là một bước ngoặc trong cuộc đời tôi. Nó có nghĩa là tôi có thể tiếp tục làm nghiên cứu bất chấp tình trạng tê liệt đang nghiêm trọng dần của tôi. Nó cũng có nghĩa là Jane và tôi có thể lấy nhau, và chúng tôi kết hôn vào tháng Bảy năm 1965. Đứa con đầu lòng của chúng tôi, Robert, chào đời sau khi chúng ta cưới nhau chừng hai năm. Đứa thứ hai, Lucy, chào đời muộn hơn ba năm sau đó. Đứa thứ ba, Timothy, lọt lòng vào năm 1979.

Là một người bố, tôi sẽ cố gắng truyền cảm hứng về tầm quan trọng của việc nêu câu hỏi, luôn luôn là thế. Cậu con trai Tim của tôi từng kể một câu chuyện trong một buổi phỏng vấn về việc nêu một câu hỏi mà lúc ấy tôi cho rằng thằng bé lo lắng ngớ ngẩn quá. Anh chàng muốn biết liệu có rất nhiều vũ trụ li ti lấm chấm ngoài kia hay không. Tôi bảo nó đừng bao giờ ngại đi tới một ý tưởng hay một giả thuyết cho dù nó có vẻ gàn dỡ (lời của nó, không phải của tôi) như thế nào đi nữa.

Câu hỏi lớn trong vũ trụ học hồi đầu thập niên 1960 là vũ trụ đã ra đời như thế nào? Nhiều nhà khoa học vốn phản đối ý tưởng ấy từ trong máu, vì họ cảm thấy thời điểm sáng thế là chỗ khoa học sụp đổ. Người ta phải cầu khẩn tôn giáo và bàn tay của Chúa để định đoạt vũ trụ đã khởi sự như thế nào. Đây rõ ràng là một câu hỏi căn bản, và nó đúng là cái tôi cần để hoàn tất luận án tiến sĩ của mình.

Roger Penrose đã chứng minh rằng một khi ngôi sao đang chết đã co lại đến một bán kính nhất định, thì sẽ có một kì dị không thể tránh khỏi, đó là một điểm tại đó không gian và thời gian đi đến kết thúc. Chắc chắn, tôi nghĩ, chúng ta đã biết rằng không có thứ gì có thể ngăn nổi một ngôi sao lạnh khối lượng lớn khỏi co lại dưới lực hấp dẫn riêng của nó cho đến khi nó đạt tới một kì dị mật độ vô hạn. Tôi nhận thấy một lập luận giống như vậy có thể áp dụng được cho sự giãn nở của vũ trụ. Trong trường hợp này, tôi có thể chứng minh có những kì dị tại đó không-thời gian có một khởi đầu.

Thời khắc eureka xảy đến vào năm 1970, vài ngày sau khi vợ tôi hạ sinh cô con gái, Lucy. Một đêm nọ trong lúc lên giường ngủ, một quá trình chậm chạp thôi do tình trạng tê liệt của tôi, tôi nhận thấy tôi có thể áp dụng cho các lỗ đen cái lí thuyết cấu trúc thất thường mà tôi đã phát triển cho các định lí kì dị. Nếu thuyết tương đối rộng là đúng và mật độ năng lượng là dương, thì diện tích bề mặt của chân trời sự kiện – ranh giới của một lỗ đen – có tính chất là nó luôn luôn tăng khi có thêm vật chất hoặc bức xạ rơi vào trong nó. Hơn nữa, nếu hai lỗ đen va chạm và hợp thành một lỗ đen duy nhất, thì diện tích chân trời sự kiện bao xung quanh lỗ đen thu được sẽ lớn hơn tổng diện tích chân trời sự kiện bao xung quanh hai lỗ đen ban đầu.

Đây là một thời kì vàng son, trong đó chúng ta đã giải được đa phần những bài toán lớn về lí thuyết lỗ đen ngay trước khi có bất kì bằng chứng quan sát nào cho các lỗ đen. Thật vậy, chúng ta đã thành công với thuyết tương đối rộng cổ điển đến mức tôi đã có chút khinh suất vào năm 1973, sau khi cùng George Ellis xuất bản quyển sách của chúng tôi Cấu trúc Vĩ mô của Không-Thời gian. Công trình của tôi cùng với Penrose chứng minh rằng thuyết tương đối rộng sụp đổ tại các kì dị, vì thế bước tiếp theo hiển nhiên sẽ là kết hợp thuyết tương đối rộng – lí thuyết về cái rất lớn – với thuyết lượng tử – lí thuyết về cái rất nhỏ. Đặc biệt, tôi tự hỏi, liệu người ta có thể có các nguyên tử trong đó hạt nhân là một lỗ đen nguyên thủy bé xíu, được hình thành thời vũ trụ xa xưa hay không? Các nghiên cứu của tôi làm sáng tỏ mối liên hệ sâu sắc và chưa từng bị ngờ vực trước đó giữa lực hấp dẫn và nhiệt động lực học, khoa học về nhiệt, và giải được một nghịch lí đã gây bàn cãi hơn ba mươi năm trời mà chẳng có tiến bộ gì nhiều: làm thế nào bức xạ biến mất từ một lỗ đen đang co lại mang theo mọi thông tin về cái đã làm nên lỗ đen đó? Tôi khám phá thấy thông tin không bị mất đi, nhưng nó không hồi phục trở lại theo một cách hữu ích – giống như việc đốt một cuốn bách khoa thư nhưng vẫn giữ lại khói và tro tàn.

Nhằm trả lời câu hỏi này, tôi nghiên cứu các trường lượng tử hay các hạt sẽ tán xạ như thế nào khỏi một lỗ đen. Tôi kì vọng một phần sóng tới sẽ bị hấp thu, và phần còn lại thì tán xạ. Nhưng trước sự bất ngờ kinh khủng của tôi, tôi nhận thấy hình như có sự phát xạ từ chính lỗ đen ấy. Thoạt đầu, tôi nghĩ đây phải là một sai sót nào đó trong tính toán của mình. Nhưng cái thuyết phục được tôi rằng kết quả này có thật là vì sự phát xạ ấy chính là cái cần thiết để nhận ra diện tích chân trời cùng với entropy của một lỗ đen. Entropy là số đo sự mất trật tự của một hệ, và entropy này được lấy tổng theo công thức đơn giản sau đây:

Công thức biểu diễn entropy theo diện tích chân trời sự kiện, và ba hằng số cơ bản của tự nhiên, c là tốc độ ánh sáng, G là hằng số hấp dẫn của Newton, và h là hằng số Planck. Sự phát bức xạ nhiệt như thế này ngày nay được gọi là bức xạ Hawking và tôi tự hào đã khám phá ra nó.

Năm 1974, tôi được bầu làm ủy viên Hội Hoàng gia. Việc bầu bán này là cái bất ngờ đối với mọi người trong khoa tôi vì tôi hãy còn trẻ và chỉ là một trợ lí nghiên cứu cấp thấp. Thế nhưng trong vòng ba năm tôi được thăng làm giáo sư. Công trình của tôi về các lỗ đen đã đem lại cho tôi hi vọng rằng chúng ta sẽ khám phá được một lí thuyết về tất cả, và việc đi tìm lời giải ấy là cái thôi thúc tôi làm việc.

Cũng trong năm này, ông bạn Kip Thorne của tôi mời tôi cùng gia đình trẻ của mình, và một số người khác nghiên cứu về thuyết tương đối rộng, đến Viện Công nghệ California (Caltech). Trong bốn năm trước đó, tôi vẫn sử dụng một xe lăn điều khiển thủ công bên cạnh một chiếc xe điện ba bánh màu xanh, chiếc xe lăn bánh ở tốc độ chậm, và thỉnh thoảng tôi cũng chở người trái phép trên nó nữa. Khi chúng tôi đến California, chúng tôi sống trong một căn nhà kiểu thuộc địa mà Caltech sở hữu ở gần khu trường sở và thế là lần đầu tiên tôi có thể hưởng thụ công dụng trọn vẹn của chiếc xe điện. Nó đem lại cho tôi mức độc lập như mong muốn, đặc biệt vì các tòa nhà và lối đi ở Mĩ dễ dàng đi lại cho người tàn tật hơn nhiều so với ở Anh.

Khi từ Caltech trở về vào năm 1975, thoạt đầu tôi cảm thấy hơi tụt hậu. Mọi thứ ở Anh dường như quá bó hẹp và ràng buộc so với kiểu thích gì làm nấy ở Mĩ. Khoảng thời gian ấy, khung cảnh ngổn ngang cây chết do chứng bệnh cây đu Hà Lan gây ra, và khắp đất nước nơi nơi người ta đình công. Tuy nhiên, tâm trạng tôi lâng lâng bay bổng vì tôi đã thấy sự thành công trong công trình của mình và, năm 1979, tôi được bổ nhiệm Giáo sư Toán học ngạch Lucasian, chiếc ghế từng là chỗ của ngài Isaac Newton và Paul Dirac.

Trong thập niên 1970, tôi vẫn chủ yếu nghiên cứu về lỗ đen, nhưng niềm đam mê của tôi với vũ trụ học đã hồi sinh bởi những đề xuất rằng vũ trụ xa xưa từng trải qua một thời kì giãn nở bùng phát nhanh, trong đó kích cỡ của nó đã lớn lên với một tốc độ tăng dần, giống như giá cả thị trường leo thang kể từ vụ bỏ phiếu Brexit của Anh. Tôi cũng dành thời gian làm việc với Jim Hartle, thiết lập một lí thuyết về sự ra đời của vũ trụ mà chúng tôi gọi là (lí thuyết) “không ranh giới”.

Vào đầu thập niên 1980, sức khỏe của tôi bắt đầu tệ đi, và tôi phải chịu đựng những cơn nghẹn kéo dài vì thanh quản của tôi đang yếu đi và để lọt thức ăn vào phổi khi tôi ăn. Năm 1985, tôi mắc viêm phổi trên một chuyến đi đến CERN, Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu, ở Thụy Sĩ. Đây là một thời khắc làm thay đổi cuộc đời. Tôi được chuyển gấp đến bệnh viện Lucerne Cantonal và đặt máy thở. Các bác sĩ đề xuất với Jane rằng mọi thứ đã chuyển sang giai đoạn vô phương cứu chữa và họ tắt máy thở để tôi ra đi. Nhưng Jane không chịu và cho trực thăng cấp cứu chuyển tôi về bệnh viện Addenbrooke ở Cambridge.

Như bạn có thể hình dung, đây là một quãng thời gian rất khó khăn, nhưng nhờ các bác sĩ tại Addenbrooke đã vất vả mang tôi trở lại giống như thời điểm trước chuyến đi đến Thụy Sĩ. Tuy nhiên, vì thanh quản của tôi vẫn để lọt thức ăn và nước bọt vào trong phổi nên họ phải tiến hành phẫu thuật mở khí quản. Như đa phần các bạn biết đấy, phẫu thuật mở khí quản sẽ lấy mất khả năng nói chuyện. Giọng nói của bạn rất quan trọng. Nếu nó lắp ba lắp bắp, kiểu như giọng nói của tôi từng bị thế, thì người ta có thể nghĩ bạn thiểu năng và xem thường bạn. Trước phẫu thuật mở khí quản, giọng tôi vốn dĩ đã không rõ ràng nên chỉ những người biết rõ tôi lắm mới hiểu tôi nói gì. Con cái của tôi là một trong số ít người có thể hiểu tôi nói gì. Trong một khoảng thời gian không lâu sau phẫu thuật mở khí quản, cách duy nhất để tôi giao tiếp là đánh vần các từ, từng chữ cái một, bằng cách nhướng lông mày khi có người chỉ đúng chữ cái trên tấm bìa đánh vần.

May thay một chuyên gia máy tính ở California tên là Walt Woltosz nghe được những khó khăn của tôi. Anh gửi cho tôi một chương trình máy tính anh vừa viết xong tên gọi là Equalizer. Chương trình này cho phép tôi chọn nguyên cả từ từ một chuỗi menu trên màn hình máy vi tính gắn trên xe lăn của tôi bằng cách ấn một cái công tắc trên tay tôi. Trong các năm sau đó, hệ thống được phát triển thêm. Bây giờ tôi sử dụng một chương trình gọi là Acat, do hãng Intel phát triển, tôi điều khiển nó bằng một cảm biến nhỏ gắn trên kính mắt của tôi thông qua các cử động gò má của tôi. Nó có một điện thoại di động, cho phép tôi truy cập Internet. Tôi có thể cam chắc rằng tôi là người được nối mạng nhất trên thế giới. Tuy vậy, tôi vẫn còn giữ máy tổng hợp giọng nói gốc mà tôi có, một phần vì tôi chưa từng nghe nói tới máy nào ghép cụm từ tốt hơn nó, một phần vì bây giờ người ta nhận ra tôi với giọng nói này, mặc dù nó có giọng Mĩ.

Lần đầu tiên tôi có ý tưởng viết một cuốn sách thường thức về vũ trụ là vào năm 1982, khoảng thời gian tôi làm công trình không-ranh giới. Tôi nghĩ mình có thể kiếm được một khoản tiền nho nhỏ để chu cấp cho bọn trẻ đến trường và xoay sở chi phí chăm sóc sức khỏe cứ tăng dần của tôi, nhưng lí do chính là tôi muốn giải thích xem theo tôi cảm thấy thì chúng ta đã tiến được bao xa trong việc nhận thức vũ trụ: chúng ta có thể đang ở gần như thế nào với việc tìm thấy một lí thuyết hoàn chỉnh sẽ mô tả vũ trụ và vạn vật bên trong nó. Không những việc nêu câu hỏi và tìm lời giải đáp là quan trọng, mà là một nhà khoa học tôi cảm thấy thôi thúc phải thông tri với thế giới về cái chúng ta đang tìm hiểu.

Ma xui quỷ khiến thế nào, A Brief History of Time (Lược sử Thời gian) được xuất bản lần đầu đúng ngày Cá Tháng Tư năm 1988. Thật ra, quyển sách ban đầu có ý định mang tựa đề là From the Big Bang to Black Holes: A Short History of Time (Từ Vụ nổ Lớn đến các Lỗ đen: Lược sử Thời gian). Tựa sách đã được thu gọn và đổi thành “brief”, và phần còn lại là thuộc về lịch sử.

Tôi chưa từng kì vọng A Brief History of Time sẽ nổi danh như nó đã nổi. Chẳng nghi ngờ gì nữa, câu chuyện mà thiên hạ quan tâm, rằng tôi đã xoay sở như thế nào để trở thành nhà vật lí lí thuyết và một tác giả ăn khách bất chấp tình trạng bệnh tật của tôi, đã giúp nó nổi tiếng. Không phải ai cũng đọc hết quyển sách hoặc hiểu hết cái họ đọc, nhưng ít ra họ tóm được một trong những câu hỏi lớn về sự tồn tại của chúng ta và đi đến ý tưởng rằng chúng ta sống trong một vũ trụ bị chi phối bởi những quy luật hợp lí mà, thông qua khoa học, chúng ta có thể khám phá và hiểu được.

Đối với các đồng nghiệp của tôi, tôi chỉ là một nhà vật lí nào đó, nhưng đối với đông đảo công chúng, có lẽ tôi đã trở thành nhà khoa học được biết tới nhất trên thế giới. Đây một phần là bởi vì các nhà khoa học, ngoài Einstein ra, không được nổi tiếng rộng rãi như các ngôi sao nhạc rock, và một phần là bởi vì tôi rất khớp với khuôn mẫu một thiên tài bị tật nguyền. Tôi đâu có thể tự ngụy trang bằng một bộ tóc giả và kính mát – cái xe lăn nó tố cáo tôi ngay. Được nổi tiếng và dễ dàng nhận ra thì có cái hay và cái dở của nó, thế nhưng cái dở thì nhiều hơn cái hay. Người ta hình như đúng là thích nhìn tôi. Tôi từng có lượng khán giả đông đảo nhất khi tôi khai mạc Thế vận hội Người tàn tật ở London vào năm 2012.

Tôi đã có một cuộc sống khác thường trên hành tinh này, đồng thời tôi chu du khắp cõi vũ trụ bằng tâm trí của mình và các định luật vật lí. Tôi đã chạm tới những nơi xa xăm nhất của thiên hà của chúng ta, đi vào một lỗ đen và đi ngược đến lúc ra đời thời gian. Trên Trái Đất, tôi đã kinh qua thăng và trầm, hoạt náo và hòa thuận, thành công và đau khổ. Tôi từng giàu có và nghèo khổ, tôi từng lành lặn và tật nguyền. Tôi từng được tâng bốc và bị chỉ trích, nhưng chưa hề bị bỏ rơi. Tôi vô cùng vinh hạnh, thông qua nghiên cứu của mình, có thể đóng góp cho sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Nhưng nó sẽ là một vũ trụ trống rỗng thật sự nếu như nó không phải là nơi có người tôi yêu thương, và có người yêu thương tôi. Không có họ, thì sự diệu kì của vũ trụ thảy đều vô nghĩa đối với tôi.

Và sau hết thảy những điều này, thực tế rằng loài người chúng ta, bản thân chúng ta không gì hơn là những tập hợp hạt sơ cấp của tự nhiên, đã có thể đi tới nhận thức các định luật chi phối chúng ta, và vũ trụ của chúng ta, là một thành tựu vĩ đại. Tôi muốn chia sẻ sự phấn khích của mình về những câu hỏi lớn này và niềm đam mê của tôi về cuộc truy tìm lời giải đáp này.

Một ngày nào đó, tôi hi vọng chúng ta sẽ tìm được lời giải đáp cho mọi câu hỏi này. Nhưng có những thách thức khác, những câu hỏi lớn khác trên hành tinh phải được trả lời, và những câu hỏi này sẽ cần một thế hệ mới quan tâm và dấn thân, và có hiểu biết về khoa học. Làm thế nào chúng ta nuôi sống dân số cứ đông dần mỗi ngày? Làm thế nào cấp nước sạch, sản xuất năng lượng có thể hồi phục, phòng chống và chữa trị bệnh tật và làm chậm sự biến đổi khí hậu tòan cầu? Tôi hi vọng rằng khoa học và công nghệ sẽ đem lại giải đáp cho những câu hỏi này, nhưng nó sẽ cần nhân lực, những con người sống có kiến thức và hiểu biết, để triển khai những giải pháp này. Chúng ta hãy chiến đấu để mỗi người phụ nữ và mỗi người đàn ông có cơ hội được sống khỏe mạnh, sống an toàn, tràn đầy cơ hội và yêu thương. Chúng ta thảy đều là các nhà du hành thời gian, cùng nhau tiến về tương lai. Nhưng chúng ta hãy làm việc cùng nhau để biến tương lai thành một nơi mà chúng ta muốn đến.

Hãy can đảm, hiếu kì, quyết đoán, vượt qua các chướng ngại. Làm là được thôi.

Ước mơ của bạn là gì khi bạn còn bé, và nó có thành hiện thực không?

Tôi muốn trở thành một nhà khoa học vĩ đại. Tuy nhiên, lúc đi học tôi chẳng phải học sinh giỏi, và hiếm khi xếp hạng đứng trên nửa lớp. Công việc của tôi thì bề bộn, chữ viết tay của tôi thì không dễ nhìn. Nhưng tôi có những đứa bạn giỏi ở trường. Và chúng tôi nói về mọi thứ và, đặc biệt, về nguồn gốc của vũ trụ. Đây là nơi ước mơ của tôi ươm mầm, và tôi rất may mắn vì nó đã trở thành hiện thực.
---

Chương 1

CHÚA CÓ TỒN TẠI KHÔNG? 

Khoa học không ngừng nêu ra những câu hỏi quen thuộc với địa hạt tôn giáo. Tôn giáo là một nỗ lực có từ sớm nhằm giải đáp những câu hỏi mà chúng ta thảy đều nêu ra: tại sao chúng ta có mặt nơi này, chúng ta từ đâu đến? Trước đây rất lâu, câu đáp luôn luôn giống nhau: các vị thần tạo ra mọi thứ. Thế giới là một nơi đáng sợ, thế nên cả những tộc người kiên cường như người Viking cũng tin vào các thế lực siêu nhiên đem lại ý nghĩa cho những hiện tượng thiên nhiên như sấm sét, bão tố hay nhật thực. Ngày nay, khoa học đem lại những giải đáp tốt hơn và phù hợp hơn, nhưng người ta vẫn luôn bấu víu lấy tôn giáo, vì nó đem lại sự khuây khỏa, và họ không tin hay không hiểu khoa học.

Hồi mấy năm trước, tờ The Times chạy một dòng tít ở trang nhất như thế này: “Hawking: Chúa không tạo ra vũ trụ”. Bài báo có hình minh họa. Chúa được thể hiện bằng tranh vẽ của Michelangelo, trông uy nghi lẫm liệt. Họ in một ảnh chụp của tôi, trông như thằng thiểu năng. Họ làm như thể sắp có một trấn đấu tay đôi giữa chúng tôi. Nhưng tôi đâu có thù hằn gì với Chúa. Tôi không muốn đưa đến ấn tượng rằng công trình nghiên cứu của tôi nói về việc chứng minh hay bác bỏ sự tồn tại của Chúa. Công trình của tôi nói về việc tìm kiếm một khuôn khổ lí trí để hiểu được vũ trụ xung quanh chúng ta.

Trong hàng thế kỉ, thiên hạ tin rằng những người tật nguyền như tôi đang sống dưới sự nguyền rủa do Chúa giáng xuống. Vâng, cứ cho rằng tôi đã làm một số người không hài lòng, nhưng tôi thích nghĩ rằng mọi thứ có thể được giải thích theo một cách khác, bằng các quy luật của tự nhiên. Nếu bạn tin vào khoa học, giống như tôi tin, thì bạn tin rằng có những định luật nhất định luôn luôn được tuân theo. Nếu bạn thích, bạn có thể nói rằng các định luật ấy là công trình của Chúa, nhưng việc đó mang tính định nghĩa Chúa hơn là bằng chứng cho sự tồn tại của ngài. Vào khoảng năm 300 trước Công nguyên, một nhà triết học tên là Aristarchus đã bị mê hoặc bởi nhật nguyệt thực, đặc biệt là nguyệt thực. Ông đủ dũng khí mà nêu rằng lẽ nào chúng thật sự là do các vị thần gây ra. Aristarchus là một nhà tiên phong khoa học đích thực. Ông nghiên cứu tỉ mỉ về bầu trời và đi tới một kết luận chắc nịch: ông nhận ra nguyệt thực thật ra là cái bóng của Trái Đất đi qua Mặt Trăng, chẳng phải sự kiện thiêng liêng gì. Được giải phóng bởi khám phá này, ông đã có thể nghiên cứu cái thật sự đang diễn ra phía trên đầu mình, và phác họa các hình vẽ cho thấy mối liên hệ thật sự giữa Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng. Từ đây ông đi đến những kết luận còn sáng giá hơn. Ông suy luận rằng Trái Đất không phải là trung tâm của vũ trụ, như mọi người từng nghĩ, mà thay vậy nó quay xung quanh Mặt Trời. Thật vậy, việc hiểu được sự sắp xếp này giải thích được mọi hiện tượng nhật nguyệt thực. Khi Mặt Trăng soi bóng của nó lên Trái Đất, đó là nhật thực. Và khi Trái Đất che mờ Mặt Trăng, đó là nguyệt thực. Nhưng Aristarchus còn tiến xa hơn. Ông đề xuất rằng các sao không phải là những khe nứt trên sàn thiên đường, như những người đương thời của ông tin thế, mà các sao là những mặt trời khác, giống như mặt trời của chúng ta, chỉ có điều là ở cự li rất xa. Đó quả là một nhận thức cừ khôi. Vũ trụ là một cỗ máy được chi phối bởi các nguyên lí hay định luật – các định luật mà loài người có thể hiểu lĩnh hội được.

Tôi tin rằng việc khám phá những định luật này là thành tựu vĩ đại nhất của nhân loại, vì chính những định luật này của tự nhiên – như ngày nay chúng ta gọi chúng – sẽ cho chúng ta biết chúng ta có cần một vị thần để lí giải toàn bộ vũ trụ hay không. Các định luật về tự nhiên là một mô tả về cách vạn vật thật sự vận hành trong quá khứ, hiện tại và tương lai. Trong môn tennis, quả bóng luôn đi đúng nơi mà các định luật bảo chúng sẽ đi. Và còn có những định luật khác vận hành ở đây nữa. Chúng chi phối mọi thứ đang diễn ra, từ cách năng lượng được tạo ra trong cú đập bóng từ cơ bắp của những người chơi cho đến tốc độ cỏ mọc bên dưới chân họ. Thế nhưng cái thật sự quan trọng là những định luật vật lí này vừa bất biến vừa mang tính vạn vật. Chúng không chỉ áp dụng cho chuyển động bay của quả bóng, mà còn chuyển động của hành tinh, và mọi thứ khác trong vũ trụ. Không giống như những điều luật do con người đặt ra, các định luật của tự nhiên không thể bị phá vỡ - đó là lí do vì sao chúng quyền năng đến thế và, khi nhìn từ quan điểm tôn giáo, gây tranh cãi đến thế.

Nếu bạn tán thành, như tôi tán thành, rằng các định luật của tự nhiên là bất di bất dịch, thì chẳng mấy chốc sẽ dẫn đến câu hỏi: Chúa có vai trò gì? Đây là bộ phận lớn của mâu thuẫn giữa khoa học và tôn giáo, và mặc dù quan điểm của tôi được chạy tít trên báo, nhưng thật ra nó là một mâu thuẫn từ thời xa xưa. Người ta có thể định nghĩa Chúa là hiện thân của các định luật của tự nhiên. Tuy nhiên, đây không phải là cái đa số mọi sẽ nghĩ về Chúa. Họ muốn nói tới một thực thể kiểu người, với ngài người ta có thể thiết lập mối quan hệ cá nhân. Khi bạn nhìn vào kích cỡ mênh mông của vũ trụ, và sự sống của con người nhỏ bé và may rủi như thế nào trong đó, thì điều đó là hết sức đáng ngờ.

Tôi dùng từ “Chúa” theo ý nghĩa khách quan, kiểu như Einstein làm, để chỉ các định luật của tự nhiên, vì thế việc biết được suy nghĩ của Chúa là biết được các định luật của tự nhiên. Dự đoán của tôi là chúng ta sẽ biết được suy nghĩ của Chúa vào cuối thế kỉ này.

Một lĩnh vực còn lại mà tôn giáo ngày nay có thể quả quyết đó là nguồn gốc của vũ trụ, nhưng thậm chí ở đây khoa học cũng đang có bước tiến bộ và sẽ sớm giải đáp dứt khoát vũ trụ đã ra đời như thế nào. Tôi từng xuất bản một quyển sách hỏi rằng Chúa có tạo ra vũ trụ hay không, và nó đã gây náo nhiệt. Người ta bực bội rằng một nhà khoa học thì biết gì mà nói về vấn đề tôn giáo kia chứ. Tôi đâu có ý muốn bảo ai tin vào cái gì, nhưng đối với tôi việc hỏi rằng Chúa có tồn tại không là một câu hỏi giá trị cho khoa học. Xét cho cùng, thật khó mà nghĩ tới một bí mật nào quan trọng hơn, hay cơ bản hơn, cái gì, hay ai, đã tạo ra và kiểm soát vũ trụ.

Tôi nghĩ vũ trụ được sinh ra tự phát từ hư vô, theo các định luật của tự nhiên. Giả thuyết cơ bản của khoa học là sự tất định khoa học. Các định luật khoa học định đoạt sự tiến hóa của vũ trụ, xác định trạng thái của nó tại mỗi thời điểm. Các định luật này có thể, hoặc không thể, do Chúa ban hành, nhưng ngài không thể can thiệp để phá vỡ các định luật, nếu không chúng sẽ không phải là các định luật nữa. Như thế cho Chúa quyền tự do lựa chọn trạng thái ban đầu của vũ trụ, nhưng ngay cả ở đây vẫn có thể có các định luật chi phối. Vậy nên Chúa sẽ không có quyền tự do gì hết.

Bất chấp sự phức tạp và đa dạng của vũ trụ, nhưng hóa ra để làm ra bạn chỉ cần ba thành phần là đủ. Hãy tưởng tượng chúng ta có thể liệt kê chúng ra theo kiểu một cuốn sách dạy nấu món vũ trụ. Vậy thì ba thành phần chúng ta cần để nấu món vũ trụ là gì? Thứ nhất là vật chất – chất liệu có khối lượng. Vật chất hiện hữu khắp nơi xung quanh chúng ta, trong đất dưới chân chúng ta và ở ngoài không gian. Bụi, đá, băng, các chất lỏng. Những đám mây khí mênh mông, những xoắn ốc sao đồ sộ, mỗi xoắn ốc chứa hàng tỉ mặt trời, trải ra trên những khoảng cách vô cùng tận.

Cái thứ hai bạn cần là năng lượng. Dù bạn chưa từng nghĩ về nó đi nữa, nhưng mọi người chúng ta đều biết năng lượng là gì. Thứ gì đó chúng ta bắt gặp mỗi ngày. Hãy ngước nhìn Mặt Trời và bạn có thể cảm thấy nó trên gương mặt mình: năng lượng được ra bởi một ngôi sao ở xa chín mươi ba triệu dặm. Năng lượng ngập tràn vũ trụ, chi phối các quá trình khiến vũ trụ là một nơi linh động, không ngừng biến dịch.

Như vậy chúng ta có vật chất và chúng ta có năng lượng. Cái thứ ba chúng ta cần để xây dựng vũ trụ là không gian. Rất nhiều không gian. Bạn có thể gọi vũ trụ ra sao cũng được – kinh hoàng, đẹp đẽ, dữ dội – nhưng bạn không thể gọi nó là tù túng được. Dù nhìn đi đâu chúng ta cũng thấy không gian, nhiều không gian hơn và nhiều không gian mãi. Trải ra theo mọi hướng. Đủ cho bạn xoay đầu nhìn thoải mái. Thế thì toàn bộ vật chất, năng lượng và không gian này từ đâu mà có? Chúng ta chẳng biết mô tê gì mãi cho đến thế kỉ hai mươi.

Lời giải đáp đến từ cái nhìn sâu sắc của một con người, có lẽ là nhà vật lí sáng giá nhất từng giáng thế. Tên của ông là Albert Einstein. Thật buồn, tôi chưa từng gặp ông, vì khi ông qua đời tôi mới mười ba tuổi. Einstein đã nhận ra cái gì đó khá đặc biệt: rằng hai trong những thành phần chính cần thiết để làm nên vũ trụ – khối lượng và năng lượng – về cơ bản là cùng một thứ, là hai mặt của một đồng xu nếu bạn thích nói thế. Phương trình nổi tiếng của ông E = mc² có ý nghĩa đơn giản rằng khối lượng có thể được xem là năng lượng, và ngược lại. Cho nên thay vì ba thành phần, bây giờ chúng ta có thể nói rằng vũ trụ chỉ có hai thành phần: năng lượng và không gian. Vậy toàn bộ năng lượng và không gian này từ đâu mà có? Câu trả lời được tìm thấy sau hàng thập kỉ nghiên cứu của các nhà khoa học: không gian và năng lượng được phát minh tự phát trong một sự kiện ngày nay chúng ta gọi là Vụ Nổ Lớn (Big Bang).

Tại thời khắc Big Bang, toàn bộ vũ trụ đi vào hiện hữu, và cùng với nó là không gian. Nó căng phồng lên, y hệt một quả bong bóng được bơm lên. Vậy toàn bộ năng lượng và không gian này từ đâu mà có? Làm thế nào mà toàn bộ vũ trụ ngập tràn năng lượng, sự mênh mông khôn cùng của không gian và vạn vật bên trong nó, cứ đơn giản hiện ra từ hư không như thế ư?

Đối với một số người, đây là nơi Chúa xuất hiện trở lại trong bức tranh. Chính Chúa đã tạo ra năng lượng và không gian. Big Bang là thời khắc sáng thế. Song khoa học kể một câu chuyện khác hẳn. Với nguy cơ khiến bản thân tôi gặp rắc rối, tôi nghĩ chúng ta hiểu nhiều hơn về các hiện tượng thiên nhiên đã khiến người Viking khiếp sợ. Chúng ta còn đi vượt quá sự đối xứng đẹp đẽ của năng lượng và vật chất mà Einstein khám phá. Chúng ta có thể sử dụng các định luật của tự nhiên để giải quyết nguồn gốc căn nguyên của vũ trụ, và khám phá xem liệu sự tồn tại của Chúa có là cách lí giải duy nhất cho nó không.

Khi tôi lớn lên ở Anh hậu Thế chiến Thứ hai, đó là quãng thời gian khắc khổ. Người ta bảo chúng tôi rằng không ai cho không bạn cái gì cả. Nhưng nay, sau cả quãng đời làm nghiên cứu, tôi nghĩ thật ra bạn có thể nhận được toàn bộ vũ trụ, miễn phí.

Bí ẩn to lớn ngự tại tâm điểm Big Bang là giải thích làm thế nào toàn bộ vũ trụ, mênh mông đến khôn cùng, gồm không gian và năng lượng, có thể hiện hữu từ hư không. Bí mật nằm ở một trong những sự thật kì lạ nhất về vũ trụ của chúng ta. Các định luật vật lí đòi hỏi sự tồn tại của cái gọi là “năng lượng âm”.

Để giúp bạn thẩm thấu khái niệm lạ nhưng tối quan trọng này, hãy để tôi vạch ra một ví dụ tương tự đơn giản. Hãy tưởng tượng một người muốn xây một ngọn đồi trên một mảnh đất bằng phẳng. Ngọn đồi ấy sẽ đại diện cho vũ trụ. Để làm ngọn đồi này, anh ta phải đào một cái hố xuống đất và dùng đất ấy đắp đồi. Song tất nhiên không phải anh ta chỉ đang xây đồi – anh ta cũng đang đào hố, nói chung đó là một phiên bản âm của ngọn đồi. Chất liệu ở trong cái hố bây giờ trở thành ngọn đồi, thế nên nó hoàn toàn cân bằng nhau. Đây là nguyên lí ẩn sau cái xảy ra lúc khởi tạo vũ trụ.

Khi Big Bang tạo ra lượng năng lượng dương vô cùng lớn, nó đồng thời tạo ra lượng năng lượng âm bằng như vậy. Bằng cách này, năng lượng dương và âm cộng lại bằng không, luôn luôn thế. Đó là một định luật nữa về tự nhiên.

Vậy toàn bộ năng lượng âm này nằm ở đâu ngày nay? Nó nằm trong thành phần thứ ba của quyển sách dạy nấu món vũ trụ của chúng ta: nó ở trong không gian. Điều này nghe có vẻ lạ, nhưng theo các định luật của tự nhiên về lực hấp dẫn và chuyển động – các định luật thuộc vào hàng xưa cũ nhất trong khoa học – bản thân không gian là một kho bãi mênh mông của năng lượng âm. Đủ để đảm bảo rằng mọi thứ cộng lại bằng không.

Tôi thừa nhận rằng, trừ khi bạn sử dụng toán học, điều này khó nắm bắt được, song nó đúng. Mạng lưới vô cùng tận bao gồm hàng tỉ hàng tỉ thiên hà, mỗi thiên hà hút lẫn nhau bởi lực hấp dẫn, tác dụng như một dụng cụ lưu trữ khổng lồ. Vũ trụ tựa như một cục pin khổng lồ lưu trữ năng lượng âm. Phía dương của vạn vật – vật chất và năng lượng mà chúng ta thấy ngày nay – tựa như ngọn đồi. Cái hố tương ứng, hay phía âm của vạn vật, phân tán khắp vũ trụ.

Thế điều này có ý nghĩa gì trong cuộc truy tìm của chúng ta xem Chúa có tồn tại không? Nó có nghĩa là nếu vũ trụ cộng gộp lại bằng hư vô, thì bạn chẳng cần Chúa sáng tạo ra nó. Vũ trụ là một bữa trưa miễn phí hoàn toàn.

Vì chúng ta biết năng lượng dương và âm cộng lại bằng không, nên tất cả những gì chúng ta cần làm vào lúc này là tìm hiểu xem cái gì – hoặc tôi dám nói là ai – đã kích hoạt tiến trình ấy lúc ban đầu. Cái gì có thể gây ra sự xuất hiện tự phát của một vũ trụ? Trước tiên, đó có vẻ là một vấn đề gây tranh cãi – xét cho cùng, trong cuộc sống thường ngày của chúng ta mọi thứ đâu phải từ trên trời rơi xuống. Bạn đâu thể cứ ấn đầu ngón tay và lệnh ra một tách cà phê khi bạn cảm thấy muốn uống. Bạn phải làm nó từ một chất liệu khác như hạt cà phê, nước, và có lẽ một ít sữa và đường. Song hãy cứ đi vào tách cà phê này – xuyên qua các hạt sữa, xuống tới cấp nguyên tử và đi tiếp xuống cấp hạ nguyên tử, rồi bạn đi vào một thế giới trong đó việc triệu hồi một thứ gì đó từ hư vô là có thể. Ít ra là trong một tích tắc. Đó là bởi vì, ở cấp độ này, các hạt như proton hành xử theo các định luật của tự nhiên mà ta gọi là cơ học lượng tử. Và chúng thật sự có thể xuất hiện ngẫu nhiên, vướng lại trong phút chốc và rồi biến mất, để rồi xuất hiện lại ở nơi khác.

Vì chúng ta biết bản thân vũ trụ đã từng rất bé nhỏ - có lẽ nhỏ hơn cả một proton – nên điều này có ý nghĩa khá nổi bật. Nó có nghĩa là bản thân vũ trụ, ở mọi sự phức tạp và mênh mông phi thường của nó, có thể cứ đi vào hiện hữu mà không vi phạm các định luật đã biết về tự nhiên. Từ thời khắc đó trở đi, những lượng năng lượng khổng lồ đã được giải phóng khi bản thân không gian giãn nở - một nơi lưu trữ toàn bộ năng lượng âm cần thiết để cân đối các khoản nợ. Song tất nhiên câu hỏi tối quan trọng lại phát sinh: phải chăng Chúa đã sáng tạo ra các định luật lượng tử cho phép Big Bang xảy ra? Tóm lại, phải chăng chúng ta cần đến Chúa để thiết lập sao cho Big Bang có thể bùng nổ? Tôi không muốn đem lại đức tin cho bất kì ai, song tôi nghĩ khoa học có lời giải thích thuyết phục hơn một đấng sáng thế thiêng liêng.

Kinh nghiệm hằng ngày của chúng ta khiến chúng ta nghĩ rằng mọi chuyện xảy ra phải có nguyên nhân do cái gì đó xảy ra trước đó nữa, cho nên thật tự nhiên để chúng ta nghĩ rằng phải có cái gì đó – có lẽ là Chúa – đã làm cho vũ trụ xuất hiện. Nhưng khi chúng ta nói về vũ trụ như một tổng thể, điều đó là không nhất thiết. Hãy để tôi giải thích. Hãy tưởng tượng một con sông, chảy xuôi xuống triền núi. Cái gì gây nên dòng sông? Vâng, có lẽ mưa rơi trước đó trên núi. Nhưng rồi, cái gì gây ra cơn mưa? Một lời đáp hay sẽ là Mặt Trời, Mặt Trời chiếu sáng xuống đại dương và làm nước bốc hơi vào bầu trời và làm thành các đám mây. Vâng, vậy cái gì làm cho Mặt Trời tỏa sáng? À, nếu chúng ta nhìn vào bên trong, chúng ta sẽ thấy quá trình gọi là nhiệt hạch, trong đó các nguyên tử hydrogen hợp nhất thành helium, giải phóng lượng năng lượng vô cùng lớn trong quá trình ấy. Cho đến đây mọi thứ đều suôn sẻ. Hydrogen từ đâu mà có? Câu trả lời: Big Bang. Song đây là chỗ quan trọng. Các định luật của tự nhiên cho chúng ta biết rằng không những vũ trụ có thể đi vào hiện hữu và không gặp trở ngại gì, mà còn có khả năng chẳng có gì gây ra Big Bang hết. Không gì cả.

Lời giải thích nằm ở các lí thuyết của Einstein, và những nhận thức sâu sắc của ông về cách không gian và thời gian trong vũ trụ về cơ bản hòa quyện với nhau. Cái gì đó rất tuyệt vời đã xảy ra với thời gian tại thời khắc Big Bang. Thời gian tự nó ra đời.

Để hiểu được ý tưởng dị thường này, hãy xét một lỗ đen trôi nổi trong không gian. Một lỗ đen tiêu biểu là một ngôi sao nặng đến mức nó co sụp trên chính nó. Nó nặng đến mức cả ánh sáng cũng không thể thoát khỏi sức hút hấp dẫn của nó, đó là lí do nó hầu như hoàn toàn đen. Lực hút hấp dẫn của nó quá mạnh, nó làm bẻ cong và biến dạng không chỉ ánh sáng mà cả thời gian nữa. Để thấy bằng cách nào, hãy tưởng tượng một cái đồng hồ đang bị nuốt chửng vào một lỗ đen. Khi cái đồng hồ tiến càng lúc càng gần lỗ đen, nó bắt đầu chạy chậm dần và chậm dần. Thời gian tự nó bắt đầu trôi chậm lại. Bây giờ hãy tưởng tượng cái đồng hồ khi nó đi vào lỗ đen – vâng, tất nhiên giả sử nó chịu được lực hấp dẫn cực mạnh ấy – nó sẽ thật sự ngừng chạy. Nó ngừng chạy không phải vì nó bị hỏng, mà vì ở bên trong lỗ đen thời gian tự nó không tồn tại. Và đó chính là cái xảy ra tại lúc khởi đầu của vũ trụ.

Trong mấy trăm năm gần đây, chúng ta đã có những tiến bộ ngoạn mục trong nhận thức của chúng ta về vũ trụ. Ngày nay chúng ta biết rằng các định luật chi phối tất cả những gì xảy ra ngoại trừ những điều kiện cực độ nhất, ví như nguồn gốc của vũ trụ, hay các lỗ đen. Vai trò của thời gian tại thời khắc ra đời vũ trụ, theo tôi tin, là chìa khóa cuối cùng để bác bỏ yêu cầu một nhà thiết kế vĩ đại và vén màn cách vũ trụ tự sáng thế.

Khi chúng ta du hành ngược thời gian về thời khắc Big Bang, vũ trụ càng lúc càng nhỏ hơn và nhỏ hơn, cho đến cuối cùng là một điểm tại đó toàn bộ vũ trụ là một không gian nhỏ đến mức, nói chung, nó là một lỗ đen vô cùng bé nhỏ, vô cùng đậm đặc. Và y hệt như các lỗ đen thời hiện đại, trôi nổi trong không gian, các định luật của tự nhiên thúc chế điều gì đó khá đặc biệt. Chúng bảo chúng ta rằng ở đây chính thời gian cũng phải ngừng lại. Bạn không thể đi tới một thời điểm trước Big Bang bởi vì chẳng có thời gian nào trước Big Bang hết. Cuối cùng chúng ta đã tìm được một thứ chẳng có nguyên nhân, bởi vì chẳng có thời gian để cho một nguyên nhân nào trước đó tồn tại. Đối với tôi điều này có nghĩa là không hề có khả năng của một đấng sáng thế, bởi vì chẳng có thời gian cho một đấng sáng thế nào đó tồn tại.

Người ta muốn trả lời những câu hỏi lớn, kiểu như tại sao chúng ta ở đây. Họ không kì vọng những giải đáp ấy là đơn giản, vì thế họ sẵn lòng tranh luận thêm đôi chút. Khi người ta hỏi tôi rằng Chúa có tạo ra vũ trụ hay không, tôi bảo họ rằng bản thân câu hỏi như thế chẳng có ý nghĩa gì cả. Thời gian không tồn tại trước Big Bang thành ra chẳng có thời gian cho Chúa tạo ra vũ trụ. Nó tựa như việc hỏi tìm đường đi đến đường biên của Trái Đất – Trái Đất là một quả cầu không có đường biên, nên việc tìm kiếm đường biên là một việc làm phù phiếm.

Tôi có đức tin không? Mỗi người chúng ta đều tự do tin tưởng vào những gì chúng ta muốn tin, và quan điểm của tôi cho rằng lời giải thích đơn giản nhất là không có Chúa. Không có ai tạo ra vũ trụ và chẳng có ai dẫn dắt số mệnh của chúng ta. Điều này đưa tôi đến một nhận thức dễ thấy: có lẽ chẳng có thiên đường hay kiếp sau. Tôi nghĩ đức tin vào kiếp sau chỉ là một suy nghĩ kiểu ước vọng. Chẳng có bằng chứng đáng tin cậy nào cho nó hết, và nó bay lởn vởn trước mọi thứ chúng ta biết về khoa học. Tôi nghĩ khi chúng ta chết, chúng ta quay về với cát bụi. Nhưng có một ý nghĩa trong đó chúng ta sinh sống, trong tầm ảnh hưởng của chúng ta, và trong các gen của chúng ta truyền lại cho con cái. Chúng ta có một cuộc đời này để thưởng ngoạn bản thiết kế vĩ đại của vũ trụ, và tôi hết sức biết ơn vì điều đó.
---

Làm thế nào sự tồn tại của Chúa lắp khớp vào nhận thức của chúng ta về sự khởi đầu và kết thúc của vũ trụ? Và giả sử Chúa tồn tại và bạn có cơ hội gặp ngài, bạn sẽ hỏi ngài về điều gì?

Câu hỏi đặt ra là, “Cách vũ trụ ra đời được Chúa lựa chọn vì những lí do chúng ta không thể hiểu nỗi, hay nó được định đoạt bởi một định luật khoa học?” Tôi tin vào ý thứ hai. Nếu bạn thích, bạn có thể gọi các định luật của khoa học là “Chúa”, nhưng không phải một vị Chúa giống con người mà bạn sẽ gặp và đặt câu hỏi chất vấn. Dẫu vậy, giá như tồn tại một vị Chúa như thế, tôi sẽ hỏi ý ngài về bất cứ thứ gì phức tạp ví như lí thuyết M trong mười một chiều.

Chương 2

Vũ trụ đã ra đời như thế nào?

Hamlet từng nói, “Tôi có thể bị mắc kẹt trong một vỏ hạt, và tôi tự xem mình là chúa tể của một không gian vô tận.” Tôi nghĩ cái ông muốn nói là rằng mặc dù con người chúng ta vốn rất bị hạn chế về mặt vật chất, đặc biệt là trong trường hợp của tôi, song tâm trí của chúng ta tự do khám phá toàn cõi vũ trụ, và liều lĩnh đi tới những nơi mà cả Star Trek cũng không dám đi. Phải chăng vũ trụ thật sự vô hạn, hay chỉ là rất lớn mà thôi? Nó có một khởi đầu không? Nó sẽ tồn tại mãi mãi hay chỉ trong một khoảng thời gian dài? Làm thế nào tâm trí hữu hạn của chúng ta lĩnh hội được một vũ trụ vô hạn? Khi cố gắng làm thế lẽ nào chúng ta không tự phụ hay sao?

Với nguy cơ phải hứng chịu số phận của Prometheus, người đã đánh cắp lửa từ các vị thần cổ đại cho loài người sử dụng, tôi tin rằng chúng ta có thể, và nên, cố gắng tìm hiểu vũ trụ. Trừng phạt dành cho Prometheus là bị trói vào đá vĩnh viễn, nhưng may thay cuối cùng thì ông được Hercules giải phóng. Chúng ta đã có sự tiến bộ đáng kể trong việc nhận thức vũ trụ. Chúng ta chưa có một bức tranh hoàn chỉnh. Tôi thích nghĩ rằng có lẽ chúng ta đã cách đích đến không xa lắm.

Theo người Boshongo ở miền trung châu Phi, thuở hồng hoang chỉ có bóng đêm, nước, và thần Bumba vĩ đại. Một ngày nọ, thần Bumba, trong cơn đau bụng dữ dội, đã nôn ra Mặt Trời. Mặt Trời làm khô cạn một phần nước, để lại đất liền. Vẫn còn đau bụng, thần Bumba nôn tiếp ra Mặt Trăng, các sao, và rồi đến một số muông thú – như báo đốm, cá sấu, rùa, và cuối cùng là con người.

Những câu chuyện sáng thế như vậy, giống như nhiều câu chuyện khác, cố trả lời cho những câu hỏi mà tất cả chúng ta đều nêu ra. Tại sao chúng ta ở đây? Chúng ta từ đâu đến? Lời đáp thường được nêu ra cho rằng loài người có nguồn gốc tương đối gần đây thôi bởi lẽ điều phải hiển nhiên là con người không ngừng cải tiến hiểu biết và công nghệ của mình. Con người không thể xuất hiện từ lâu lắm, nếu không thì nhân loại còn tiến bộ nhiều hơn nữa. Ví dụ, theo linh mục Ussher, sách Chúa Tạo Ra Thế Giới (Genesis) ấn định điểm khởi đầu của thời gian là ngày 22 tháng Mười năm 4004 trước Công nguyên, lúc 6 giờ chiều. Mặt khác, môi trường vật chất xung quanh chúng ta, như núi non và sông suối, thay đổi rất ít trong một đời người. Do đó, chúng được xem là một phông nền không đổi, và hoặc đã tồn tại từ trước dưới dạng một cảnh quan trống rỗng, hoặc đã được tạo ra đồng thời với con người.

Tuy nhiên, không phải ai cũng hài lòng với ý tưởng rằng vũ trụ có một khởi nguyên. Ví dụ, Aristotle, nhà triết học Hi Lạp nổi tiếng nhất, tin rằng vũ trụ đã tồn tại vĩnh hằng. Cái gì đó vĩnh hằng thì hoàn hảo hơn cái được tạo ra. Ông đề xuất nguyên do chúng ta nhìn thấy sự tiến bộ là vì lũ lụt, hay các thảm họa thiên nhiên khác, đến kì lại đưa nền văn minh trở về điểm khởi thủy. Động cơ để tin vào một vũ trụ vĩnh hằng là ước muốn né tránh viện dẫn sự can thiệp thần thánh nào đó để sáng tạo ra vũ trụ và đưa nó vào vận hành. Trái lại, những ai tin rằng vũ trụ có một khởi đầu thì dùng nó như một luận cứ cho sự tồn tại của Chúa là nguyên nhân hàng đầu, hay động lực chính, của vũ trụ.

Nếu ai đó tin rằng vũ trụ có một khởi đầu, thì những câu hỏi hiển nhiên là “Cái gì xảy ra trước lúc khởi đầu ấy? Chúa đang làm gì trước khi ngài tạo ra thế giới? Phải chăng ngài đang chuẩn bị Địa ngục dành cho những ai hỏi những câu như vậy? Vấn đề vũ trụ có hay không có một khởi đầu là một mối bận tâm lớn đối với triết gia Đức Immanuel Kant. Ông cảm thấy kiểu nào cũng có những mâu thuẫn lô gic, hay xung khắc. Nếu vũ trụ có một khởi đầu, thì tại sao phải chờ một thời gian vô hạn rồi nó mới bắt đầu? Ông gọi đó là chính đề. Mặt khác, nếu vũ trụ đã tồn tại vĩnh hằng, thì tại sao phải tốn một thời gian vô hạn để tới giai đoạn hiện nay? Ông gọi đó là phản đề. Cả chính đề và phản đều đều phụ thuộc vào giả định của Kant, cùng hầu như mọi người khác, rằng thời gian là tuyệt đối. Thế tức là nói, việc đi từ quá khứ vô hạn đến tương lai vô hạn là không phụ thuộc vũ trụ có tồn tại hay không.

Đây vẫn là bức tranh trong đầu nhiều nhà khoa học ngày nay. Tuy nhiên, vào năm 1915, Eisntein đã trình làng thuyết tương đối rộng mang tính cách mạng của ông. Theo lí thuyết này, không gian và thời gian không còn là tuyệt đối, không còn là một phông nền cố định cho các sự kiện nữa. Thay vậy, chúng là những đại lượng linh động được định hình bởi vật chất và năng lượng trong vũ trụ. Chúng chỉ được định nghĩa bên trong vũ trụ, vì thế sẽ là vô nghĩa nếu đề cập đến thời gian trước khi vũ trụ ra đời. Nó sẽ tựa như việc hỏi tìm điểm cực nam của Nam Cực. Nó không được định nghĩa.

Mặc dù lí thuyết của Einstein đã hợp nhất thời gian và không gian, song nó không cho chúng ta biết nhiều về bản thân không gian. Cái có vẻ hiển nhiên về không gian là nó trải dài, trải dài, và trải dài mãi. Chúng ta không trông chờ vũ trụ kết thúc ở một bức tường gạch, dù rằng chẳng có lí do lô gic nào nói tại sao không như thế. Song các các thiết bị hiện đại như kính thiên văn vũ trụ Hubble cho phép chúng ta thám hiểm sâu vào trong không gian. Cái chúng ta nhìn thấy là hàng tỉ và hàng tỉ thiên hà, thuộc mọi hình dạng và kích thước. Có những thiên hà elip khổng lồ, và những thiên hà xoắn ốc như thiên hà của chúng ta. Mỗi thiên hà chứa hàng tỉ và hàng tỉ sao, nhiều sao có các hành tinh quay xung quanh chúng. Thiên hà của chúng ta chặn mất tầm nhìn của chúng ta theo những hướng nhất định, song ngoài thế ra thì các thiên hà phân bố gần như đồng đều trong khắp không gian, với một số vùng cục bộ tập trung đông đúc và những khoảng trống. Mật độ thiên hà có vẻ giảm ở những khoảng cách rất lớn, nhưng điều đó có vẻ là vì chúng ở quá xa và quá mờ nhạt nên chúng ta không nhìn thấy chúng. Trong chừng mực mà chúng ta có thể nói, vũ trụ trải rộng mãi mãi trong không gian và vẫn trông y hệt cho dù là tiến ra bao xa.

Mặc dù vũ trụ có vẻ trông y hệt nhau tại mỗi điểm trong không gian, nhưng nó chắc chắn thay đổi theo thời gian. Điều này đã không được nhận ra mãi cho đến những năm đầu của thế kỉ vừa qua. Cho đến khi ấy, người ta cho rằng vũ trụ về cơ bản là không đổi theo thời gian. Nó có thể đã tồn tại trong một thời gian vô hạn, song như thế có vẻ đưa đến những kết luận ngớ ngẩn. Nếu các sao đã tỏa sáng trong một khoảng thời gian vô hạn, thì lẽ ra chúng đã làm nóng vũ trụ cho đến khi đạt tới nhiệt độ riêng của chúng. Dù là ban đêm, bầu trời sẽ sáng rực như Mặt Trời vậy, bởi vì mọi hướng nhìn đều kết thúc ở một sao hoặc một đám mây bụi đã bị làm nóng ngang ngửa với các sao. Vì thế, quan sát mà tất thảy chúng ta đều có, rằng bầu trời đêm tối đen, là rất quan trọng. Nó ngụ ý rằng vũ trụ không thể nào đã tồn tại vĩnh hằng, ở trạng thái mà chúng ta thấy ngày nay. Phải có cái gì đó xảy ra trong quá khứ làm các sao tỏa sáng cách nay một khoảng thời gian hữu hạn. Thế thì ánh sáng từ các sao ở rất xa sẽ không có đủ thời gian đi tới chúng ta. Điều này sẽ giải thích vì sao bầu trời không sáng rực theo mỗi hướng nhìn.

Nếu các sao đã ngự ở đấy vĩnh hằng rồi, thì tại sao chúng lại bất ngờ tỏa sáng cách nay vài tỉ năm trước? Cái đồng hồ nào bảo chúng rằng đã đến lúc tỏa sáng? Điều này gây nhức đầu cho các triết gia, như Immanuel Kant, những người tin rằng vũ trụ đã tồn tại vĩnh hằng. Nhưng đối với đa số mọi người thì nó phù hợp với ý tưởng rằng vũ trụ đã được tạo ra, y hệt như nó ngày nay, chỉ mới cách đây vài nghìn năm trước, giống như linh mục Ussher đã kết luận. Tuy nhiên, các bất đồng về ý tưởng này bắt đầu xuất hiện, với các quan sát được tiến hành bởi kính thiên văn một trăm inch trên Đỉnh Wilson vào thập niên 1920. Trước tiên, Edwin Hubble phát hiện thấy nhiều đốm ánh sáng mờ nhạt, gọi là các tinh vân, thật ra là những thiên hà khác, những tập hợp bao la gồm các sao giống hệt Mặt Trời của chúng ta, nhưng ở khoảng cách rất xa. Để chúng xuất hiện nhỏ và mờ nhạt như thế, các khoảng cách phải lớn đến mức ánh sáng phát ra từ chúng phải mất hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỉ năm để đi tới chúng ta. Điều này gợi ý rằng sự ra đời của vũ trụ không thể nào chỉ mới cách nay có vài nghìn năm.

Song điều thứ hai Hubble tìm thấy còn nổi bật hơn nữa. Bằng một phân tích ánh sáng đến từ những thiên hà khác, Hubble có thể đo được chúng đang chuyển động lại gần hay ra xa chúng ta. Trước sự bất ngờ tột bật của ông, ông tìm thấy gần như toàn bộ chúng đều chuyển động ra xa. Hơn nữa, chúng càng ở xa chúng ta thì chúng chuyển động ra xa càng nhanh. Nói cách khác, vũ trụ đang giãn nở. Các thiên hà đang chuyển động ra xa nhau.

Việc khám phá vũ trụ giãn nở là một trong những cuộc cách mạng có sức ảnh hưởng to lớn của thế kỉ hai mươi. Nó xảy ra hoàn toàn bất ngờ, và nó làm thay đổi hoàn toàn cuộc tranh cãi về nguồn gốc của vũ trụ. Nếu các thiên hà đang chuyển động ra xa nhau, thì trước đây chúng phải ở gần nhau hơn. Từ tốc độ giãn nở hiện nay, chúng ta có thể ước tính chúng đã ở rất gần nhau, cách nay khoảng 10 đến 15 tỉ năm trước. Vì thế trông như thể vũ trụ đã khởi đầu từ khi ấy, với mọi thứ ở cùng một điểm trong không gian.

Thế nhưng nhiều nhà khoa học không hài lòng với việc vũ trụ có một khởi đầu, bởi dường như nó ẩn ý rằng vật lí học phải sụp đổ. Người ta sẽ phải viện dẫn một thế lực bên ngoài, để cho tiện người ta có thể gọi đó là Chúa, để định đoạt cách vũ trụ ra đời. Vì thế, họ xúc tiến những lí thuyết trong đó vũ trụ đang giãn nở ở thời hiện tại, nhưng không có một khởi đầu. Một trong số này là lí thuyết trạng thái ổn định, được đề xuất bởi Hermann Bondi, Thomas Gold và Fred Hoyle vào năm 1948.

Trong lí thuyết trạng thái ổn định, khi các thiên hà chuyển động ra xa nhau, ý tưởng là các thiên hà mới sẽ hình thành từ vật chất được cho là liên tục được tạo ra trong khắp không gian. Vũ trụ sẽ tồn tại vĩnh hằng, và sẽ trông như nhau vào mọi thời điểm. Tính chất vừa nói này có tác dụng lớn để biết một dự đoán rành mạch có được kiểm tra bằng quan sát hay không. Nhóm thiên văn học vô tuyến Cambridge, dưới trướng Martin Ryle, đã tiến hành một khảo sát về các nguồn sóng vô tuyến yếu hồi đầu thập niên 1960. Các nguồn này phân bố khá đồng đều trên bầu trời, cho thấy phần lớn các nguồn ấy nằm bên ngoài thiên hà của chúng ta. Tính trung bình, các nguồn càng yếu thì ở càng xa.

Lí thuyết trạng thái ổn định dự đoán một mối liên hệ giữa số lượng nguồn và cường độ của chúng. Song các quan sát cho thấy số nguồn mờ nhạt nhiều hơn dự đoán, cho thấy mật độ nguồn trong quá khứ là cao hơn. Điều này trái ngược với giả thuyết cơ bản của lí thuyết trạng thái ổn định, rằng vạn vật là không đổi theo thời gian. Vì lí do này và những lí do khác, lí thuyết trạng thái ổn định bị ruồng bỏ.

Một nỗ lực khác nhằm tránh vũ trụ có một khởi đầu là đề xuất rằng có một pha co lại trước đó, song do chuyển động quay và các dị thường địa phương nên vật chất sẽ không rơi hết lên cùng một điểm. Thay vậy, những phần khác nhau của vật chất sẽ lướt qua nhau, và vũ trụ sẽ giãn ra trở lại với mật độ luôn giữ hữu hạn. Hai nhà khoa học Nga, Evgeny Lifshitz và Isaak Khalatnikov, khẳng định đã chứng minh được rằng một sự co lại tổng quát không có đối xứng chính xác sẽ luôn dẫn tới một cú bật ngược, với mật độ giữ hữu hạn. Kết quả này rất phù hợp với chủ nghĩa duy vật biện chứng Marx-Lenin, vì nó tránh được những câu hỏi gây lúng túng về sự ra đời của vũ trụ. Vì thế, nó được xem là một bài kinh đối với các nhà khoa học Xô Viết.

Tôi bắt đầu nghiên cứu của mình về vũ trụ học đúng ngay lúc Lifshitz và Khalatnikov công bố kết luận của họ rằng vũ trụ không có một khởi đầu. Tôi nhận thấy đây là một câu hỏi rất quan trọng, song tôi chưa bị thuyết phục bởi các luận cứ mà Lifshitz và Khalatnikov đã dùng.

Chúng ta đã quen với quan niệm rằng các sự kiện có nguyên nhân bởi những sự kiện trước đó, rồi đến lượt những sự kiện này có nguyên nhân bởi những sự kiện trước đó nữa. Có một dây nhợ nhân quả, kéo ngược về quá khứ. Thế nhưng giả sử sợi dây này có một khởi đầu, giả sử đã có một sự kiện đầu tiên. Cái gì đã gây ra nó? Đây không phải là một câu hỏi mà nhiều nhà khoa học muốn giải quyết. Họ cố tránh né nó, hoặc bằng cách khẳng định kiểu như người Nga và các nhà lí thuyết trạng thái ổn định rằng vũ trụ không có một khởi đầu, hoặc bằng cách giữ quan điểm rằng nguồn gốc của vũ trụ không nằm trong địa hạt khoa học mà thuộc về siêu hình học hoặc tôn giáo. Theo quan điểm của tôi, một nhà khoa học thực thụ không nên chọn chỗ đứng như vậy. Nếu các định luật khoa học mất tác dụng tại lúc khởi đầu của vũ trụ, thì lẽ nào chúng không thể sai ở bất kì thời điểm nào khác? Một định luật không còn là một định luật nếu nó chỉ thi thoảng đúng. Tôi cho rằng chúng ta nên cố gắng tìm hiểu sự ra đời của vũ trụ trên cơ sở khoa học. Đó có thể là một nhiệm vụ vượt ngoài quyền năng của chúng ta, song chí ít chúng ta cũng nên thử sức.

Roger Penrose và tôi đã xoay sở chứng minh các định lí hình học để chỉ ra rằng vũ trụ phải có một khởi đầu nếu thuyết tương đối rộng Einstein là đúng, và những điều kiện hợp lí nhất định được thỏa mãn. Thật khó tranh cãi với một định lí toán học, vì thế cuối cùng Lifshitz và Khalatnikov thừa nhận rằng vũ trụ nên có một khởi đầu. Dù rằng ý tưởng về một sự khởi đầu của vũ trụ không được các quan niệm cộng sản hoan nghênh cho lắm, song ý thức hệ không bao giờ được phép đứng trên con đường khoa học trong vật lí học. Vật lí là cần thiết để có bom, thành ra nó quan trọng vì nó có tác dụng. Tuy nhiên, ý thức hệ Xô Viết thật sự đã cản trở sự tiến bộ trong sinh học bởi việc phủ nhận sự thật về di truyền học.

Mặc dù các định lí mà Roger Penrose và tôi chứng minh cho thấy rằng vũ trụ phải có một khởi đầu, song chúng không đem lại nhiều thông tin về bản chất của khởi đầu ấy. Chúng chứng tỏ rằng vũ trụ đã ra đời trong Vụ Nổ Lớn (Big Bang), một điểm tại đó toàn bộ vũ trụ và mọi thứ bên trong nó dồn ép vào một điểm duy nhất có mật độ vô hạn, một kì dị không-thời gian. Tại điểm này thuyết tương đối rộng Einstein sẽ sụp đổ. Vì thế người ta không thể dùng nó để dự đoán vũ trụ đã ra đời theo kiểu nào. Người ta lại thấy nguồn gốc của vũ trụ rõ ràng nằm ngoài phạm vi khoa học.

Bằng chứng quan sát xác nhận cho ý tưởng rằng vũ trụ đã có một khởi đầu rất đậm đặc xuất hiện vào tháng Mười năm 1965, một vài tháng sau kết quả kì dị đầu tiên của tôi, với việc khám phá một phông nền vi sóng mờ nhạt xuyên khắp không gian. Các vi sóng này y hệt các vi sóng trong lò nướng vi sóng của bạn, nhưng năng lượng thấp hơn nhiều lần. Chúng sẽ chỉ làm nóng cái pizza của bạn đến âm 270,4 độ bách phân (âm 518,72 độ Fahrenheit), chẳng tốt lắm cho việc đông lạnh cái pizza, thôi thì bạn cứ nướng cho chắc ăn. Thật ra bạn có thể tự mình quan sát các vi sóng này. Những ai trong các bạn còn nhớ đến các ti vi analog thì hầu như chắc chắn đều từng nhìn thấy các vi sóng này. Nếu bạn từng bật ti vi nhà mình thu một kênh không có đài phát, thì bạn nhìn thấy trên màn hình ti vi vài phần trăm chấm sáng lốm đốm do phông nền vi sóng này gây ra. Lời giải thích hợp lí duy nhất cho phông nền ấy là rằng nó là bức xạ còn sót lại từ một trạng thái xa xưa rất nóng và rất đậm đặc. Khi vũ trụ giãn nở, bức xạ ấy sẽ nguội dần cho đến khi nó chỉ còn là một tàn dư mờ nhạt mà chúng ta quan sát thấy ngày nay.

Chuyện vũ trụ đã bắt đầu với một kì dị không phải là một ý tưởng mà tôi hay một số người khác sẽ hài lòng. Nguyên do thuyết tương đối rộng Einstein sụp đổ ở gần Big Bang là bởi vì nó là cái được gọi là một lí thuyết cổ điển. Nghĩa là, nó giả định một cách đơn giản về cái có vẻ hiển nhiên từ cảm giác hằng ngày, rằng mỗi hạt có một vị trí xác định và một tốc độ xác định. Trong cái gọi là một lí thuyết cổ điển như thế, nếu người ta biết vị trí và tốc độ của tất cả các hạt trong vũ trụ tại một thời điểm, thì người ta có thể tính chúng sẽ như thế nào tại bất kì thời điểm khác, dù trong quá khứ hay tương lai. Tuy nhiên, vào đầu thế kỉ hai mươi, các nhà khoa học phát hiện rằng họ không thể tính chính xác cái gì sẽ xảy ra trên những khoảng cách rất ngắn. Không phải là họ cần những lí thuyết tốt hơn. Dường như có một mức ngẫu nhiên hay bất định nhất định trong tự nhiên không thể nào loại trừ được, cho dù các lí thuyết của chúng ta có tốt bao nhiêu. Nó có thể được tóm gọn trong Nguyên lí Bất định được đề xuất vào năm 1927 bởi nhà khoa học Đức Werner Heisenberg. Người ta không thể dự đoán chính xác đồng thời vị trí và tốc độ của một hạt. Vị trí được dự đoán càng chính xác, thì bạn sẽ dự đoán tốc độ càng kém chính xác, và ngược lại.

Einstein cực lực phản đối ý tưởng cho rằng vũ trụ bị chi phối bởi sự may rủi. Cảm giác của ông được tóm gọn trong lời quả quyết của ông, “Chúa không chơi xúc xắc”. Song toàn bộ bằng chứng cho thấy Chúa khá giống một con bạc. Vũ trụ tựa như một sòng bạc khổng lồ với những con xúc xắc lăn quay, hay các đĩa quay tròn, vào mọi lúc. Mỗi chủ sòng bạc liều lĩnh mất tiền mỗi khi xúc xắc được gieo hoặc bánh xe roulette quay tròn. Nhưng tính trên số lượng lớn lượt đặt cược thì lời lỗ khấu trừ nhau, và chủ sòng bạc cầm chắc rằng tính trung bình thì khoản lời nghiêng về phía ông ta hoặc bà ta. Bởi vậy mà các chủ sòng bạc giàu đến thế. Cơ hội duy nhất để bạn ăn được tiền của họ là hãy cược toàn bộ số tiền của bạn vào vài ba lượt gieo xúc xắc hoặc vài ba vòng quay bánh xe roulette mà thôi.

Điều tương tự đúng đối với vũ trụ. Khi vũ trụ to lớn, có số lượng rất lớn lượt gieo xúc xắc, và các kết quả khấu trừ thành cái người ta có thể dự đoán. Nhưng khi vũ trụ rất nhỏ, gần Big Bang, chỉ có một số lượng nhỏ lượt gieo xúc xắc, và Nguyên lí Bất định rất quan trọng. Để hiểu được nguồn gốc của vũ trụ, do đó người ta phải sáp nhập Nguyên lí Bất định vào thuyết tương đối rộng Einstein. Đây là một thách thức to lớn trong vật lí lí thuyết, chí ít là trong ba mươi năm qua. Chúng ta vẫn chưa giải quyết được vấn đề đó, song chúng ta đã có rất nhiều tiến bộ.

Bây giờ giả sử chúng ta cố dự đoán tương lai. Do chúng ta chỉ biết một kết hợp nào đó của vị trí và tốc độ của một hạt, nên ta không thể đưa ra dự đoán chính xác cho vị trí và tốc độ tương lai của các hạt. Ta chỉ có thể gán một xác suất cho những kết hợp nào đó của vị trí và tốc độ. Như vậy, có một xác suất nhất định cho một tương lai nhất định của vũ trụ. Song bây giờ giả sử chúng ta cố tìm hiểu quá khứ theo kiểu giống như vậy.

Cho biết bản chất của các quan sát mà chúng ta có thể thực hiện ngày nay, toàn bộ những gì chúng ta có thể làm là gán một xác suất cho một lịch sử nhất định của vũ trụ. Như vậy, vũ trụ phải có nhiều lịch sử khả dĩ, mỗi lịch sử có xác suất riêng của nó. Có một lịch sử vũ trụ trong đó nước Anh giành World Cup lần nữa, mặc dù có lẽ xác suất là thấp. Ý tưởng rằng vũ trụ có nhiều lịch sử nghe sặc mùi khoa học viễn tưởng, song ngày nay nó được chấp nhận là một sự thật khoa học. Đó là do Richard Feymann, người làm việc tại Viện Công nghệ California đầy danh vọng và chơi trống bongo trên đường phố. Phương pháp tìm hiểu cách vạn vật hoạt động của Feymann là gán cho mỗi lịch sử khả dĩ một xác suất nhất định, và rồi sử dụng ý tưởng này để đưa ra dự đoán. Nó hoạt động vô cùng trôi chảy để dự đoán tương lai. Vì thế chúng ta coi như là nó cũng hoạt động để truy nguyên về quá khứ.

Các nhà khoa học hiện đang tìm cách kết hợp thuyết tương đối rộng Einstein với ý tưởng đa lịch sử của Feymann thành một lí thuyết thống nhất hoàn chỉnh sẽ mô tả được mọi thứ xảy ra trong vũ trụ. Lí thuyết thống nhất này sẽ cho phép chúng ta tính được vũ trụ sẽ tiến hóa như thế nào, nếu chúng ta biết trạng thái của nó tại một thời điểm nào đó. Thế nhưng lí thuyết thống nhất ấy tự nó sẽ không cho chúng ta biết vũ trụ đã ra đời như thế nào, hay trạng thái ban đầu của nó là gì. Để biết điều đó, chúng ta cần thêm cái gì đó khác. Chúng ta cần cái gọi là các điều kiện biên, những thứ cho chúng ta biết cái xảy ra tại rìa ngoài của vũ trụ, rìa của không gian và thời gian. Song nếu rìa của vũ trụ chỉ nằm ở một điểm bình thường của không gian và thời gian thì chúng ta có thể đi qua khỏi nó và tuyên bố vùng miền ấy nằm ngoài bộ phận của vũ trụ. Mặt khác, nếu ranh giới của vũ trụ nằm tại một cái rìa lởm chởm tại đó không gian hoặc thời gian bị nghiền nát, và mật độ là vô hạn, thì sẽ rất khó xác định các điều kiện biên có nghĩa. Vì thế chúng ta chẳng rõ các điều kiện biên cần thiết là gì. Dường như chẳng có cơ sở lô gic nào cho việc chọn một tập hợp điều kiện biên này so với những tập hợp khác.

Tuy nhiên, Jim Hartle tại Đại học California, Santa Barbara, và tôi nhận thấy có một khả năng thứ ba nữa. Có lẽ vũ trụ không có ranh giới trong không gian và thời gian. Thoạt nhìn, điều này có vẻ mâu thuẫn trực tiếp với các định lí hình học mà tôi đã đề cập ở phần trước. Những định lí này cho thấy vũ trụ phải có một khởi đầu, một ranh giới trong thời gian. Tuy nhiên, để các kĩ thuật của Feymann rành mạch về mặt toán học, các nhà toán học đã phát triển một khái niệm gọi là thời gian ảo. Nó chẳng liên quan gì với thời gian thực mà chúng ta trải nghiệm. Nó là một thủ thuật toán học để các phép tính vận hành và nó thay thế thời gian thực mà chúng ta trải nghiệm. Ý tưởng của chúng tôi là nói rằng chẳng có ranh giới nào trong thời gian ảo. Làm như thế loại trừ được việc cố gắng phát minh các điều kiện biên. Chúng tôi gọi đây là đề xuất không-biên giới.

Nếu điều kiện biên của vũ trụ là chẳng có biên giới nào trong thời gian ảo, thì sẽ không có đúng một lịch sử. Có nhiều lịch sử trong thời gian ảo và mỗi một trong số chúng sẽ định đoạt một lịch sử trong thời gian thực. Như vậy, chúng ta có vô vàn lịch sử cho vũ trụ. Thế cái gì chọn ra một lịch sử nhất định, hay một tập hợp lịch sử mà chúng ta sinh sống, từ tập hợp mọi lịch sử khả dĩ của vũ trụ?

Một điểm chúng ta có thể dễ dàng để thấy là nhiều lịch sử khả dĩ này của vũ trụ sẽ không trải qua chuỗi hình thành thiên hà và sao, cái thiết yếu cho sự phát triển của riêng chúng ta. Có lẽ những giống loài thông minh có thể tiến hóa mà không cần thiên hà và sao, song khả năng ấy là rất thấp. Vì thế, thực tế chúng ta tồn tại với tư cách một giống loài có thể nêu câu hỏi “Vì sao vũ trụ lại như thế?” là một ràng buộc đối với lịch sử mà chúng ta đang sống. Nó ẩn ý rằng đó là một trong số ít những lịch sử có các thiên hà và sao. Đây là một ví dụ của cái gọi là Nguyên lí Vị nhân sinh. Nguyên lí Vị nhân sinh nói rằng vũ trụ phải ít nhiều giống như chúng ta nhìn thấy, bởi vì nếu nó khác đi thì chẳng có ai để quan sát nó cả.

Nhiều nhà khoa học không thích Nguyên lí Vị nhân sinh, bởi vì nó trông chẳng hấp dẫn mấy, và không có bao nhiêu sức mạnh dự đoán. Thế nhưng Nguyên lí Vị nhân sinh có thể được cấp một hình thức chính xác, và nó có vẻ thiết yếu khi giải quyết nguồn gốc của vũ trụ. Lí thuyết M, ứng cử viên tốt nhất của chúng ta cho một lí thuyết thống nhất hoàn chỉnh, cho phép vô số lịch sử khả dĩ cho vũ trụ. Đa số những lịch sử này không thích hợp mấy cho sự phát triển của sự sống thông minh. Hoặc là chúng rỗng không, hoặc là tồn tại quá ngắn ngủi, hoặc bị cong quá nhiều, hoặc là sai sai ở mặt nào đó. Thế nhưng, theo ý tưởng đa lịch sử của Richard Feymann, những lịch sử không ở được này có một xác suất khá cao.

Thật ra chúng ta chẳng quan tâm có thể có bao nhiêu lịch sử không dung chứa các giống loài thông minh. Chúng ta chỉ quan tâm đến một tập con của lịch sử trong đó sự sống thông minh phát triển được. Sự sống thông minh này không nhất thiết có chút gì giống với con người. Những con người bé nhỏ màu xanh cũng có thể phát triển tốt. Thật vậy, có khả năng họ còn phát triển hơn. Giống loài người không có kỉ lục tốt lắm về hành vi thông minh.

Là một ví dụ cho sức mạnh của Nguyên lí Vị nhân sinh, hãy xét số lượng chiều trong không gian. Đó là vấn đề kinh nghiệm thường lệ chúng ta sống trong không gian ba chiều. Thế tức là nói, chúng ta có thể biểu diễn vị trí của một điểm trong không gian bằng ba con số. Ví dụ, vĩ độ, kinh độ và độ cao trên mực nước biển. Thế tại sao lại là ba chiều không gian? Sao không phải là hai, hoặc bốn, hoặc một số lượng chiều nào khác, như trong khoa học giả tưởng ấy? Thật vậy, trong lí thuyết M không gian có mười chiều (đồng thời, lí thuyết ấy có một chiều thời gian), nhưng người ta cho rằng bảy trong mười chiều không gian đã cuộn lại rất nhỏ, để lại ba chiều lớn và gần như phẳng. Nó tựa như một cái ống hút. Bề mặt cái ống hút là hai chiều. Tuy nhiên, một chiều bị cuộn lại thành một vòng tròn nhỏ, vì thế nhìn từ xa cái ống hút trông như một đoạn một chiều.

Thế tại sao chúng ta không sống trong một lịch sử trong đó tám chiều bị cuộn nhỏ lại, chỉ để lại hai chiều mà chúng ta để ý thôi? Một động vật hai chiều sẽ có việc tiêu hóa thức ăn vô cùng cực khổ. Giả sử nó có ruột để thức ăn chạy qua, như chúng ta có, thì ruột sẽ chia con vật làm đôi, và con vật tội nghiệp sẽ bị tách đôi ra. Vì thế hai chiều phẳng phiu là không đủ cho cái phức tạp như sự sống thông minh. Có cái gì đó đặc biệt ở ba chiều không gian. Trong ba chiều, các hành tinh có thể có quỹ đạo ổn định xung quanh các sao. Đây là hệ quả của lực hấp dẫn tuân theo định luật nghịch đảo bình phương, như Robert Hooke đã khám phá vào năm 1665 và được trau chuốt bởi Isaac Newton. Hãy nghĩ về lực hút hấp dẫn của hai vật thể ở một khoảng cách nhất định. Nếu khoảng cách tăng gấp đôi, thì lực giữa chúng giảm đi bốn lần. Nếu khoảng cách tăng ba lần thì lực giảm đi chín lần, nếu khoảng cách tăng gấp bốn thì lực giảm đi mười sáu lần và cứ thế. Điều này đưa đến các quỹ đạo hành tinh ổn định. Bây giờ hãy nghĩ về bốn chiều không gian. Trong đó lực hấp dẫn sẽ tuân theo định luật nghịch đảo lập phương. Nếu khoảng cách giữa hai vật thể tăng gấp đôi, thì lực hấp dẫn sẽ giảm đi tám lần, tăng gấp ba thì giảm hai mươi bảy, tăng gấp bốn thì giảm sáu mươi tư. Việc đổi sang định luật nghịch đảo lập phương như vậy ngăn cản các hành tinh có quỹ đạo ổn định xung quanh mặt trời của chúng. Chúng hoặc là sẽ rơi vào mặt trời của chúng hoặc thoát ra vào vùng bóng đêm và lạnh lẽo bên ngoài. Tương tự, quỹ đạo của các eletron trong nguyên tử cũng sẽ không ổn định, cho nên vật chất như chúng ta biết sẽ không tồn tại. Như vậy, mặc dù ý tưởng đa lịch sử cho phép số lượng lớn chiều không gian gần như phẳng, song chỉ những lịch sử có ba chiều không gian phẳng mới dung chứa các giống loài thông minh. Chỉ trong những lịch sử như thế thì mới có câu hỏi đặt ra, “Tại sao không gian có ba chiều?”

Một đặc điểm nổi bật của vũ trụ mà chúng ta quan sát thấy là bức xạ nền vi sóng được khám phá bởi Arno Penzias và Robert Wilson. Về cơ bản nó là một bản ghi hóa thạch cho biết vũ trụ đã như thế nào lúc còn rất trẻ. Phông nền này hầu như y hệt nhau, độc lập với hướng người ta nhìn. Khác biệt giữa các hướng khác nhau chỉ vào khoảng 1 phần 100.000. Những khác biệt này vô cùng bé nhỏ và cần một lời giải thích. Lời giải thích được chấp nhận rộng rãi cho sự phẳng mượt này là vào thời rất xa xưa trong lịch sử của vũ trụ, nó đã trải qua một thời kì giãn nở rất nhanh, bởi một hệ số ít nhất là một tỉ tỉ tỉ. Quá trình này được gọi là lạm phát, điều đó tốt cho vũ trụ chứ không giống như sự lạm phát giá cả thường khiến chúng ta mang họa. Nếu chuyện xảy ra chỉ có thế, thì bức xạ vi sóng sẽ hoàn toàn giống nhau theo mọi hướng. Vậy những khác biệt nhỏ ấy là do đâu mà ra?

Đầu năm 1982, tôi có viết một bài báo đề xuất rằng những khác biệt này phát sinh từ những thăng giáng lượng tử trong thời kì lạm phát. Các thăng giáng lượng tử xảy ra là hệ quả của Nguyên lí Bất định. Hơn nữa, các thăng giáng này là hạt mầm cho các cấu trúc trong vũ trụ của chúng ta: các thiên hà, các sao, và chúng ta. Ý tưởng căn bản giống về cơ chế với cái gọi là sự phát bức xạ Hawking từ một chân trời lỗ đen, cái tôi đã dự đoán trước đó một thập kỉ, ngoại trừ là bây giờ nó đến từ một chân trời vũ trụ học, bề mặt phân chia vũ trụ giữa các phần mà chúng ta có thể nhìn thấy và các phần chúng ta không thể quan sát. Chúng tôi đã tổ chức một hội thảo tại Cambridge vào mùa hè năm ấy, mời toàn thể những tay chơi chính trong làng nghiên cứu đến dự. Tại cuộc gặp này, chúng tôi đã thiết lập phần lớn bức tranh hiện nay của chúng ta về lạm phát, bao gồm các thăng giáng mật độ vô cùng quan trọng, cái đưa đến sự hình thành thiên hà, và do đó đưa đến sự tồn tại của chúng ta. Một vài người đã đóng góp cho đáp án cuối cùng. Đây là mười năm trước khi các thăng giáng trong bầu trời vi sóng được khám phá bởi vệ tinh COBE vào năm 1993, vì thế lí thuyết đã dẫn trước thí nghiệm.

Vũ trụ học trở thành một ngành khoa học chính xác muộn hơn mười năm nữa, vào năm 2003, với những kết quả đầu tiên từ vệ tinh WMAP. WMAP đã lập một bản đồ tuyệt vời về nhiệt độ của bầu trời vi sóng vũ trụ, một ảnh chộp nhanh của vũ trụ lúc khoảng một phần trăm tuổi hiện nay của nó. Các dị thường mà bạn thấy đã được dự đoán bởi lí thuyết lạm phát, và chúng có nghĩa là một số vùng của vũ trụ có mật độ hơi nhỉnh hơn những vùng khác. Lực hút hấp dẫn của mật độ thừa ấy làm chậm sự giãn nở của vùng đó, và cuối cùng có thể làm nó co lại để hình thành các thiên hà và các sao. Vì thế hãy nhìn cho kĩ vào bản đồ của bầu trời vi sóng. Nó là dấu vân tay cho mọi cấu trúc trong vũ trụ. Chúng ta là sản phẩm của các thăng giáng lượng tử trong vũ trụ rất xa xưa. Chúa thật sự có chơi xúc xắc.

Thay thế WMAP, ngày nay có vệ tinh Planck, cùng với một bản đồ phân giải cao hơn nhiều của vũ trụ. Planck đang kiểm tra các lí thuyết của chúng ta một cách nghiêm túc, và có thể còn dò thấy vết tích của sóng hấp dẫn mà lí thuyết lạm phát dự đoán. Đây sẽ là lực hấp dẫn lượng tử được viết trên bầu trời.

Có thể có những vũ trụ khác. Lí thuyết M dự đoán vô số vũ trụ được tạo ra từ hư không, tương ứng với nhiều lịch sử khả dĩ khác nhau. Mỗi vũ trụ có nhiều lịch sử khả dĩ và nhiều trạng thái khả dĩ khi chúng già đi đến hiện tại và vượt quá vào tương lai. Phần lớn những trạng thái này sẽ không giống chút nào với vũ trụ mà chúng ta quan sát thấy.

Vẫn có hi vọng rằng chúng ta sẽ chứng kiến bằng chứng đầu tiên cho lí thuyết M tại cỗ máy va chạm hạt LHC, Máy Va chạm Hạt nặng Lớn, tại CERN ở Geneva. Từ góc nhìn của lí thuyết M, nó chỉ mới thăm dò những năng lượng thấp, song chúng ta có thể may mắn và nhìn thấy một tín hiệu yếu của lí thuyết cơ bản, ví dụ như siêu đối xứng. Tôi nghĩ việc khám phá các đối hạt siêu đối xứng cho các hạt đã biết sẽ cách mạng hóa nhận thức của chúng ta về vũ trụ.

Vào năm 2012, việc khám phá hạt Higgs bởi LHC tại CERN ở Geneva được công bố. Đây là khám phá đầu tiên về một hạt sơ cấp mới trong thế kỉ hai mươi mốt. Vẫn có một số người hi vọng rằng LHC sẽ khám phá được siêu đối xứng. Thế nhưng cho dù LHC không khám phá được bất kì hạt sơ cấp mới nào, thì siêu đối xứng vẫn có thể được tìm thấy ở thế hệ tiếp theo của các máy gia tốc hiện đang được lên kế hoạch.

Sự ra đời của vũ trụ trong Big Bang Nóng là phòng thí nghiệm năng lượng cao tối hậu để kiểm tra lí thuyết M, và các ý tưởng của chúng ta về những viên gạch cấu trúc của không-thời gian và vật chất. Các lí thuyết khác nhau để lại những dấu hiệu khác nhau trong cấu trúc hiện nay của vũ trụ, thành ra dữ liệu thiên văn vật lí có thể cung cấp manh mối cho chúng ta về sự thống nhất tất cả các lực trong tự nhiên. Thế nên có lẽ còn có những vũ trụ khác, nhưng thật không may có lẽ chúng ta sẽ không bao giờ có thể thám hiểm chúng.

Chúng ta đã chứng kiến đôi điều về nguồn gốc của vũ trụ. Nhưng điều đó để lại hai câu hỏi lớn. Vũ trụ ấy sẽ kết thúc hay không? Phải chăng vũ trụ ấy là độc nhất?

Rồi hành trạng trong tương lai của những lịch sử hợp lí nhất của vũ trụ sẽ là gì? Dường như có những khả năng đa dạng, chúng đều tương thích với sự có mặt của các giống loài thông minh. Chúng tùy thuộc vào lượng vật chất trong vũ trụ. Nếu có nhiều hơn một lượng tới hạn nhất định, thì lực hút hấp dẫn giữa các thiên hà sẽ làm sự giãn nở chậm lại.

Rồi cuối cùng chúng sẽ bắt đầu rơi vào nhau và sẽ hợp nhất trong Vụ Co Lớn (Big Crunch). Đó sẽ là kết thúc cho lịch sử của vũ trụ, trong thời gian thực. Khi tôi ở miền Viễn Đông, tôi được yêu cầu không được nhắc đến Vụ Co Lớn, vì sợ hiệu ứng nó có thể gây ra đối với thị trường. Thế nhưng các thị trường chao đảo, vì thế có lẽ bằng cách nào đó câu chuyện đã bị rò rỉ. Ở Anh, người ta dường như chẳng mấy lo về một kết thúc khả dĩ vào hai mươi tỉ năm trong tương lai. Bạn có thể tha hồ ăn, uống, và tận hưởng hoan lạc trước thời điểm đó.

Nếu mật độ của vũ trụ nhỏ hơn một giá trị tới hạn, thì lực hấp dẫn quá yếu không thể ngăn các thiên hà ngừng bay ra xa nhau mãi mãi. Tất cả các sao sẽ cháy rụi, và toàn bộ vũ trụ ngày càng trống rỗng và trống rỗng, lạnh đi và lạnh đi mãi. Vì thế, một lần nữa, vạn vật sẽ đi tới kết thúc, nhưng theo một kiểu ít kịch tính hơn. Tuy nhiên, chúng ta vẫn còn đến vài tỉ năm trong tay.

Ở lời giải đáp này, tôi đã cố gắng lí giải đôi điều về nguồn gốc, tương lai và bản chất của vũ trụ của chúng ta. Vũ trụ trong quá khứ là nhỏ và đậm đặc na ná như cái vỏ hạt mà tôi nêu ra lúc bắt đầu.Thế nhưng cái vỏ hạt này mã hóa toàn bộ những thứ xảy ra trong thời gian thực. Vậy nên Hamlet nói khá đúng. Chúng ta có thể bị mắc kẹt trong một vỏ hạt và tự xem mình là chúa tể của không gian vô tận.
---

Cái gì xảy ra trước lúc Big Bang?

Theo đề xuất không-biên giới, việc hỏi cái gì xảy ra trước Big Bang là vô nghĩa – giống như việc hỏi đâu là cực nam của Nam Cực – bởi vì không có khái niệm thời gian sẵn có để ám chỉ. Khái niệm thời gian chỉ tồn tại bên trong vũ trụ của chúng ta mà thôi.

Chương 3

Có sự sống thông minh khác trong vũ trụ hay không?

Tôi muốn bàn một chút về sự phát triển của sự sống trong vũ trụ, và nhất là sự phát triển của sự sống thông minh. Tôi sẽ xem đây bao gồm cả chủng loài người, mặc dù phần lớn hành vi của nó xuyên suốt lịch sử khá là xuẩn ngốc và không được tính là hỗ trợ cho sự tồn vong của giống loài. Hai câu hỏi mà tôi sẽ thảo luận là “Xác suất của sự sống tồn tại ở đâu đó khác trong vũ trụ là bao nhiêu?” và “Sự sống có thể phát triển như thế nào trong tương lai?”

Một kinh nghiệm được chia sẻ bởi nhiều người là mọi thứ trở nên mất trật tự và lộn xộn hơn theo thời gian. Thậm chí quan sát này còn có một định luật riêng của nó, cái gọi là định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Định luật này nói rằng tổng lượng mất trật tự, hay entropy, trong vũ trụ luôn luôn tăng theo thời gian. Tuy nhiên, định luật này chỉ ám chỉ tổng lượng mất trật tự thôi. Một vật có thể tăng tính trật tự miễn là lượng mất trật tự trong môi trường xung quanh của nó cũng tăng một lượng bằng như vậy.

Đây là cái xảy ra ở một sinh vật sống. Chúng ta có thể định nghĩa sự sống là một hệ trật tự có khả năng tự duy trì chống lại sự mất trật tự và có thể tự sao chép. Nghĩa là nó có thể tạo ra những hệ trật tự đơn giản, nhưng độc lập. Để làm những việc này, hệ phải biến đổi năng lượng ở một dạng trật tự nào đó – như thức ăn, ánh sáng Mặt Trời, hay điện năng – thành năng lượng mất trật tự, ở dạng nhiệt. Bằng cách này, hệ có thể thỏa mãn yêu cầu rằng tổng lượng mất trật tự tăng lên, đồng thời tăng trật tự ở chính nó và con cái của nó. Điều này nghe na ná như là các vị bố mẹ sống trong một căn nhà trở nên lộn xộn và lộn xộn hơn nữa mỗi khi họ sinh thêm một em bé.

Một sinh vật sống như bạn hoặc tôi thường có hai yếu tố: một tập hợp gồm các chỉ dẫn cho hệ thống biết cách tiếp tục vận hành và cách tự sao chép, và một cơ chế thực hiện các chỉ dẫn đó. Trong sinh học, hai bộ phận này được gọi là gen và sự trao đổi chất. Thế nhưng cái cần nhấn mạnh là chẳng cần tính chất sinh vật học nào ở chúng hết. Ví dụ, một virus máy tính là một chương trình sẽ tự sao chép chính nó trong bộ nhớ máy tính, và sẽ lan truyền chính nó sang những máy tính khác. Như vậy, nó khớp với định nghĩa về một hệ sống mà tôi đã nêu. Giống như một virus sinh học, nó là một dạng hơi suy biến, bởi vì nó chỉ chứa các chỉ dẫn hay các gen, và không hề có sự trao đổi chất nào của riêng nó. Thay vậy, nó tự lập trình sự trao đổi chất của máy chủ, hay của tế bào. Một số người nghi vấn không biết có nên xem các virus như thế là sự sống hay không, bởi vì chúng là vật kí sinh, và không thể tồn tại độc lập với vật chủ của chúng. Nhưng thế thì đa số các dạng sống, kể cả sự sống của chúng ta, đều là kí sinh, bởi vì chúng đều cần cấp dưỡng và sự tồn vong của chúng phụ thuộc vào những dạng sống khác. Tôi nghĩ virus máy tính nên được tính là sự sống. Có lẽ nó nói lên đôi điều về bản chất con người rằng dạng sống duy nhất mà chúng ta từng tạo ra cho đến nay là thuần túy phá hoại. Hãy nói một chút về việc tạo ra sự sống theo hình ảnh của chính chúng ta. Tôi sẽ trở lại các dạng điện tử của sự sống ở phần sau.

Chúng ta thường nghĩ “sự sống” là cái được xây dựng trên các chuỗi nguyên tử carbon, cùng với một vài nguyên tử khác như nitrogen hay phosphorus. Người ta có thể cãi rằng có lẽ còn có sự sống với một cơ sở hóa chất nào đó khác, như silicon, song carbon có vẻ là trường hợp được ưa chuộng nhất, vì nó có cơ sở hóa học phong phú nhất. Để các nguyên tử carbon tồn tại, cùng với các tính chất như chúng có, đòi hỏi một sự điều chỉnh tinh vi của các hằng số vật lí, ví dụ cấp độ QCD, điện tích và cả chiều không-thời gian nữa. Nếu các hằng số này có giá trị khác đi đáng kể, thì hoặc là hạt nhân của nguyên tử carbon sẽ không bền, hoặc là các electron sẽ suy sụp lên hạt nhân. Thoạt nhìn, cái có vẻ nổi bật là vũ trụ được điều chỉnh khá tinh tế. Có lẽ đây là bằng chứng rằng vũ trụ đã được thiết kế đặc biệt để tạo ra chủng loài người. Tuy nhiên, người ta nên thận trọng trước những lập luận như thế, do bởi Nguyên lí Vị nhân sinh, ý tưởng cho rằng các lí thuyết của chúng ta về vũ trụ phải tương thích với sự tồn tại của chính chúng ta. Điều này dựa trên sự thật hiển nhiên rằng nếu vũ trụ đã chẳng thích hợp cho sự sống thì chúng ta làm gì có mặt mà nêu câu hỏi vì sao nó được điều chỉnh tinh vi đến thế. Người ta có thể áp dụng Nguyên lí Vị nhân sinh hoặc ở dạng Mạnh hoặc ở dạng Yếu của nó. Đối với Nguyên lí Vị nhân sinh Mạnh, người ta cho rằng có nhiều vũ trụ khác nhau, mỗi vũ trụ có một giá trị khác của các hằng số vật lí. Trong một số lượng nhỏ vũ trụ, các giá trị ấy sẽ cho phép tồn tại những vật như nguyên tử carbon, nó có thể giữ vai trò viên gạch cấu trúc của các hệ sống. Vì chúng ta phải sống trong một trong những vũ trụ này, thành ra chúng ta không nên bất ngờ rằng các hằng số vật lí được điều chỉnh tinh tế. Nếu chúng không như thế, thì chúng ta đã chẳng có mặt nơi này. Hình thức Mạnh của Nguyên lí Vị nhân sinh do đó là không thỏa đáng lắm, bởi vì người ta có thể gán ý nghĩa vận hành gì cho sự tồn tại của tất cả những vũ trụ khác đó chứ? Và nếu chúng tách biệt với vũ trụ của chính chúng ta, thì làm thế nào cái xảy ra trong chúng ảnh hưởng đến vũ trụ của chúng ta? Thay vậy, tôi sẽ chấp nhận cái gọi là Nguyên lí Vị nhân sinh Yếu. Nghĩa là, tôi sẽ lấy giá trị của các hằng số vật lí như đã cho. Nhưng tôi sẽ xét xem ta có thể rút ra những kết luận gì từ thực tế sự sống tồn tại trên hành tinh này ở giai đoạn này trong lịch sử của vũ trụ.

Đã chẳng hề có carbon lúc vũ trụ ra đời trong Vụ Nổ Lớn, khoảng chừng 13,8 tỉ năm trước. Nó nóng đến mức toàn bộ vật chất đều ở dạng hạt gọi là proton và neutron. Ban đầu sẽ có lượng proton và neutron ngang nhau. Tuy nhiên, khi vũ trụ giãn nở, nó nguội đi. Khoảng một phút sau Big Bang, nhiệt độ sẽ hạ xuống còn khoảng một tỉ độ, khoảng gấp 100 lần nhiệt độ trên Mặt Trời. Ở nhiệt độ này, các neutron bắt đầu phân hủy tạo ra nhiều proton hơn.

Nếu tất cả điều xảy ra chỉ có thế, thì toàn bộ vật chất trong vũ trụ sẽ biến thành nguyên tố đơn giản nhất, hydrogen, hạt nhân của nó chỉ gồm một proton. Tuy nhiên, một số neutron đã va chạm với proton và dính vào nhau, tạo thành nguyên tố đơn giản tiếp theo, helium, hạt nhân của nó gồm hai proton và hai neutron. Thế nhưng chẳng có nguyên tố nào khác nặng hơn, như carbon hay oxygen, được hình thành trong vũ trụ sơ khai. Khó mà tưởng tượng được rằng người ta có thể xây dựng một hệ sống chỉ từ hydrogen và helium – và nói gì đi nữa thì vũ trụ sơ khai vẫn quá nóng để các nguyên tử kết hợp thành phân tử.

Vũ trụ tiếp tục giãn ra và lạnh đi. Thế nhưng một số vùng có mật độ hơi cao hơn những vùng khác và lực hút hấp dẫn của vật chất dôi dư ở những vùng đó làm chậm sự giãn nở của chúng, và cuối cùng làm ngừng hẳn. Thay vậy, chúng co sụp thành các thiên hà và các sao, bắt đầu từ lúc khoảng hai tỉ năm sau Big Bang. Một số sao sơ khai nặng hơn nhiều so với Mặt Trời của chúng ta; chúng nóng hơn Mặt Trời nhiều và đã đốt cháy hydrogen và helium ban đầu thành các nguyên tố nặng hơn, ví như carbon, oxygen và sắt. Điều này có thể chỉ cần vài trăm triệu năm thôi. Sau đó, một số sao phát nổ dưới dạng siêu tân tinh và gieo rắc các nguyên tố nặng vào không gian, để hình thành vật liệu thô cho các thế hệ sao sau này.

Các sao khác ở quá xa chúng ta để có thể nhìn thấy trực tiếp xem chúng có các hành tinh quay xung quanh hay không. Tuy nhiên, có hai kĩ thuật cho phép chúng ta khám phá các hành tinh quay xung quanh các sao khác. Thứ nhất là nhìn vào một sao và xem lượng ánh sáng đến từ nó có không đổi hay không. Nếu một hành tinh đi qua phía trước ngôi sao, thì ánh sáng đến từ ngôi sao đó sẽ bị che đi một chút. Ngôi sao sẽ mờ đi một chút. Nếu điều này xảy ra đều đặn, thì đó là vì quỹ đạo của hành tinh đưa nó ra phía trước ngôi sao thường kì. Một phương pháp thứ hai là đo vị trí của ngôi sao thật chính xác. Nếu một hành tinh quay xung quanh một ngôi sao, thì nó sẽ gây ra một sự chao đảo nhỏ ở vị trí của ngôi sao. Điều này có thể được quan sát và một lần nữa, nếu nó chao đảo đều đặn, thì người ta suy ra đó là vì một hành tinh đang quay xung quanh ngôi sao. Các phương pháp này được áp dụng đầu tiên cách nay khoảng hai mươi năm và cho đến nay vài nghìn hành tinh đã được tìm thấy đang quay xung quanh các sao ở xa. Người ta ước tính cứ năm sao thì có một sao có một hành tinh giống-Trái Đất quay xung quanh nó ở khoảng cách tính đến ngôi sao là thích hợp cho sự sống như chúng ta biết. Hệ Mặt Trời của chính chúng ta đã ra đời khoảng bốn tỉ rưỡi năm trước, hay là nhỉnh hơn chín tỉ năm sau Big Bang, từ chất khí tồn đọng với tàn dư của các sao sớm hơn. Trái Đất được hình thành chủ yếu từ các nguyên tố nặng, bao gồm carbon và oxygen. Bằng cách nào đó, một số nguyên tử này đã đi đến sắp xếp ở dạng các phân tử ADN. Phân tử này có dạng xoắn kép nổi tiếng, được khám phá vào thập niên 1950 bởi Francis Crick và James Watson trong một căn nhà gỗ tạm trên đất New Museum ở Cambridge. Liên kết hai chuỗi của xoắn kép là các cặp base gốc nitrogen. Có bốn loại base gốc nitrogen – adenine, cytosine, guanine, và thymine. Mỗi adenine trên một chuỗi luôn khớp với một thymine trên chuỗi kia, và mỗi guanine gắn với một cytosine. Như vậy, dãy base gốc nitrogen trên chuỗi này xác định một dãy bổ sung, độc nhất trên chuỗi kia. Hai chuỗi có thể tách ra và mỗi chuỗi tác dụng như một khuôn mẫu để xây dựng những chuỗi khác nữa. Do đó, phân tử ADN có thể sao chép thông tin di truyền được mã hóa trong dãy base gốc nitrogen của chúng. Các đoạn của dãy base cũng có thể được dùng để tạo ra các protein và các hóa chất khác, chúng có thể thực hiện các chỉ dẫn, được mã hóa trong dãy base, và lắp ráp vật liệu thô cho ADN tự sao chép.

Như tôi đã nói từ trước, chúng ta không biết các phân tử ADN đã xuất hiện như thế nào lúc ban đầu. Vì xác suất để một phân tử ADN phát sinh bởi các thăng giáng ngẫu nhiên là rất nhỏ, nên một số người đề xuất rằng sự sống đã du nhập đến Trái Đất từ một nơi nào đó khác – chẳng hạn, được mang đến đây trên những tảng đá vỡ ra từ sao Hỏa lúc các hành tinh vẫn chưa ổn định – và rằng có những hạt giống của sự sống trôi nổi khắp thiên hà. Tuy nhiên, dường như không có khả năng cho ADN sống sót dài ngày trong bức xạ trong không gian.

Nếu sự xuất hiện của sự sống trên một hành tinh cho trước là rất không thể, thì người ta có thể kì vọng nó cần một thời gian dài. Chính xác hơn, người ta có thể kì vọng sự sống càng muộn càng tốt đồng thời vẫn đảm bảo thời gian cho sự tiến hóa sau đó thành sự sống thông minh, kiểu như chúng ta, trước khi Mặt Trời kiệt lực và nhận chìm Trái Đất. Cửa sổ thời gian trong đó điều này có thể xảy ra là tuổi thọ của Mặt Trời – chừng mười tỉ năm. Trong thời gian đó, một dạng sống thông minh có thể làm chủ việc du hành vũ trụ và có thể thoát sang một sao khác. Nhưng nếu không thoát được, thì sự sống trên Trái Đất sẽ diệt vong.

Có bằng chứng hóa thạch cho thấy đã có một dạng sống nào đó trên Trái Đất lúc khoảng ba tỉ rưỡi năm trước. Đây có thể là lúc mới 500 triệu năm sau khi Trái Đất trở nên ổn định và đủ nguội cho sự sống phát triển. Thế nhưng sự sống cần bảy tỉ năm để phát triển trong vũ trụ và vẫn đủ thời gian để tiến hóa thành những sinh vật như chúng ta, thì người ta có thể đặt câu hỏi về nguồn gốc của sự sống. Nếu xác suất để sự sống phát triển trên một hành tinh cho trước là rất nhỏ, vậy thì tại sao nó lại xuất hiện trên Trái Đất lúc khoảng một phần mười bốn quỹ thời gian sẵn có?

Sự xuất hiện ban đầu của sự sống trên Trái Đất đề xuất rằng có một xác suất tốt để hình thành tự phát sự sống trong những điều kiện thích hợp. Có lẽ đã có một dạng tổ chức nào đó đơn giản hơn tạo nên ADN. Một khi ADN xuất hiện, nó đã thành công đến mức nó thay thế hoàn toàn những hình thức khác. Chúng ta không biết những hình thức sớm hơn này sẽ là gì, song một khả năng đó là ARN.

ARN giống ADN, nhưng đơn giản hơn một chút, và không có cấu trúc xoắn kép. Các đoạn ngắn ARN có thể tự sao chép giống như ADN, và cuối cùng có thể tạo nên ADN. Chúng ta không thể làm ra các acid nucleic này từ vật liệu không-sống. Nhưng cho trước 500 triệu năm, và các đại dương bao phủ phần lớn Trái Đất, có lẽ có một xác suất hợp lí để ARN được tạo ra do may rủi.

Khi ADN tự sao chép, sẽ có những sai sót ngẫu nhiên, nhiều trong số đó sẽ có hại và sẽ gây diệt vong. Một số sẽ là trung tính – chúng sẽ không ảnh hưởng đến chức năng của gen. Và một vài sai sót sẽ có lợi cho sự tồn vong của chủng loài – những sai sót này sẽ được chọn lọc bởi sự chọn lọc tự nhiên theo Darwin.

Ban đầu, quá trình tiến hóa sinh học diễn ra rất chậm. Mất khoảng hai tỉ rưỡi năm thì các tế bào sớm nhất mới tiến hóa thành các sinh vật đa bào. Thế nhưng mất chưa đến một tỉ năm tiếp theo thì một số sinh vật này đã tiến hóa thành cá, và đến lượt một số cá tiến hóa thành thú. Sau đó sự tiến hóa có vẻ tiếp tục tăng tốc thêm. Chỉ mất khoảng hai trăm triệu năm để phát triển từ những loài thú buổi đầu thành chúng ta. Lí do là vì các loài thú buổi đầu đã chứa sẵn các phiên bản của chúng về các cơ quan thiết yếu mà chúng ta có. Tất cả những gì cần thiết để tiến hóa từ những loài thú buổi đầu thành con người là một chút điều chỉnh tinh tế.

Song đối với chủng loài người sự tiến hóa đạt tới một giai đoạn tới hạn, có thể sáng ngang tầm quan trọng với sự phát triển của ADN. Đây là sự phát triển ngôn ngữ, nhất là ngôn ngữ viết. Nó có nghĩa là thông tin có thể được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác, ngoài việc di truyền qua ADN. Đã có một sự thay đổi có thể phát hiện nào đó ở ADN con người, do tiến hóa sinh học mang lại, trong 10.000 năm lịch sử được ghi chép, song lượng kiến thức trao tay từ thế hệ này sang thế hệ khác đã tăng lên rất nhiều. Tôi có những quyển sách được viết ra nhằm kể cho bạn nghe đôi điều về những cái tôi học được từ vũ trụ trong sự nghiệp lâu ngày của tôi với vai trò một nhà khoa học, và khi làm thế tôi đang truyền đạt kiến thức từ bộ não tôi sang trang giấy để bạn có thể đọc nó.

ADN trong trứng hoặc tinh trùng người chứa khoảng ba tỉ cặp base gốc nitrogen. Tuy nhiên, nhiều thông tin mã hóa trong chuỗi này có vẻ thừa thãi hoặc không hoạt động. Vì thế tổng lượng thông tin có ích trong bộ gen của chúng ta có khả năng là cái gì đó giống như một trăm triệu bit. Một bit thông tin là đáp án cho mỗi câu hỏi có/không. Trái lại, một cuốn tiểu thuyết bìa mềm có thể chứa hai triệu bit thông tin. Do đó, mỗi con người tương đương với năm mươi quyển Harry Potter, và một thư viện trung tâm quốc gia có thể chứa khoảng năm triệu quyển sách – hay khoảng mười nghìn tỉ bit. Lượng thông tin truyền đạt qua sách vở hay qua Internet nhiều gấp 100.000 lần trong ADN.

Quan trọng hơn nữa là thực tế thông tin trong sách vở có thể thay đổi, hoặc cập nhật, nhanh hơn rất nhiều. Chúng ta phải mất vài triệu năm để tiến hóa từ những loài linh trưởng trước đó, kém tiến bộ hơn. Trong thời gian đó, thông tin hữu ích trong ADN của chúng ta có lẽ đã thay đổi chỉ vài triệu bit, vì thế tốc độ tiến hóa sinh học ở con người là khoảng mỗi bit một năm. Trái lại, có khoảng 50.000 đầu sách mới được xuất bản bằng tiếng Anh mỗi năm, chứa cỡ một trăm tỉ bit thông tin. Tất nhiên, phần lớn thông tin này là nhảm nhí và chẳng ích lợi gì cho bất kì dạng sống nào. Thế nhưng, dẫu vậy, tốc độ thông tin hữu ích được bổ sung vẫn cao hơn hàng triệu lần, nếu không nói là hàng tỉ lần, so với ADN.

Điều này có nghĩa là chúng ta đã tiến sang một giai đoạn mới của sự tiến hóa. Trước tiên, sự tiến hóa được thúc đẩy bởi sự chọn lọc tự nhiên – từ các đột biến ngẫu nhiên. Giai đoạn Darwin này kéo dài khoảng ba tỉ rưỡi năm và tạo ra chúng ta, các sinh vật đã phát triển ngôn ngữ để trao đổi thông tin. Nhưng trong chừng 10.000 năm vừa qua, chúng ta đã ở trong cái gọi là giai đoạn ngoại truyền. Trong giai đoạn này, ghi chép bên trong của thông tin, di truyền cho các thế hệ liên tiếp qua ADN, đã thay đổi chút ít. Còn ghi chép bên ngoài – qua sách vở và các hình thức lưu trữ lâu dài khác – đã phát triển rất nhiều.

Một số người dùng từ “tiến hóa” chỉ để ám chỉ vật liệu di truyền nội truyền và sẽ phản đối việc áp dụng nó cho thông tin truyền đạt bên ngoài. Song tôi nghĩ quan niệm như thế là quá thiển cận. Chúng ta đâu chỉ đơn thuần là bộ gen của mình. Chúng ta có thể chẳng mạnh mẽ hơn hay thừa hưởng nhiều thông minh hơn so với tổ tiên tiền sử của mình. Thế nhưng cái phân biệt chúng ta với họ là kiến thức chúng ta tích góp trong 10.000 năm qua, và nhất là trong 300 năm gần đây. Tôi nghĩ đáng ra chúng ta nên chọn một cái nhìn bao quát hơn và bao gộp cả thông tin ngoại truyền, đồng thời với ADN, trong sự tiến hóa của chủng loài người.

Thang thời gian tiến hóa trong giai đoạn ngoại truyền là thang thời gian tích lũy thông tin. Thang thời gian này thường là hàng trăm, hoặc thậm chí hàng nghìn, năm. Thế nhưng ngày nay thang thời gian này đã co xuống còn năm mươi năm hoặc ngắn hơn. Mặt khác, những bộ não mà chúng ta dùng để xử lí thông tin này chỉ tiến hóa trên thang thời gian Darwin, tức là hàng trăm nghìn năm. Điều này đang bắt đầu gây vấn đề. Vào thế kỉ mười tám, người ta cho rằng một người có thể đọc hết mọi cuốn sách được viết ra. Thế nhưng ngày nay, nếu bạn đọc mỗi ngày một quyển sách, thì bạn sẽ phải dành hàng chục nghìn năm mới đọc hết sách trong thư viện quốc gia. Trong thời gian đó, nhiều quyển sách khác đã lại được viết ra.

Điều này có nghĩa là không một ai có thể lĩnh hội nhiều hơn một góc nhỏ của kiến thức nhân loại. Người ta phải chuyên môn hóa, trong những lĩnh vực ngày càng thu hẹp. Đây có khả năng là một hạn chế lớn trong tương lai. Chúng ta chắc chắn không thể tiếp tục, trong thời gian dài, tốc độ tăng trưởng kiến thức theo hàm mũ mà chúng ta đã có trong 300 năm vừa qua. Một hạn chế còn lớn hơn nữa và nguy hiểm hơn nữa cho các thế hệ tương lai là chúng ta vẫn có các bản năng, và nhất là các thôi thúc xâm lược, mà chúng ta đã có từ thời tiền sử. Sự xâm lược, ở hình thức nô dịch hóa hay giết chồng cướp vợ và thức ăn, đã có lợi thế sống sót thấy rõ cho đến thời hiện tại. Nhưng nay nó có thể hủy diệt toàn bộ chủng loài người và phần nhiều sự sống còn lại trên Trái Đất. Một cuộc chiến tranh hạt nhân vẫn là nguy cơ hiển hiện nhất, song còn có những nguy cơ khác, ví dụ như gieo rắc một chủng virus đã xử lí gen. Hoặc hiệu ứng nhà kính trở nên bất ổn.

Chẳng còn thời gian để chờ đợi sự tiến hóa kiểu Darwin làm cho chúng ta thông minh hơn và thuận theo tự nhiên hơn. Thế nhưng ngày nay chúng ta đang tiến vào một giai đoạn mới của cái gọi là tiến hóa tự thiết kế, trong đó chúng ta sẽ có thể thay đổi và cải thiện ADN của mình. Ngày nay chúng ta đã lập bản đồ ADN, nghĩa là chúng ta đã đọc được “quyển sách của sự sống”, vì thế chúng ta có thể bắt đầu viết các hiệu đính. Trước tiên, các thay đổi này sẽ hạn chế với việc sửa chữa các khuyết tật di truyền, ví dụ như xơ nang và loạn dưỡng cơ, chúng được điều khiển bởi những gen độc nhất thành ra khá dễ nhận dạng và sửa chữa. Các phẩm chất khác, ví dụ trí thông minh, có khả năng được điều khiển bởi một số lượng lớn gen, vì thế việc tìm kiếm chúng và chỉ ra các liên hệ giữa chúng sẽ khó khăn hơn nhiều. Tuy nhiên, tôi cam chắc rằng trong thế kỉ này người ta sẽ tìm ra cách sửa chữa cả trí thông minh lẫn các bản năng như thói xâm lược.

Có lẽ luật pháp sẽ không cho phép xử lí kĩ thuật di truyền với con người. Nhưng một số người sẽ không thể kháng lại sức cám dỗ của việc cải thiện các đặc điểm người, ví dụ như cỡ trí nhớ, phòng chống bệnh tật và tuổi thọ. Một khi các siêu nhân như thế xuất hiện, sẽ có những vấn đề chính trị to lớn với những người chưa nâng cấp, họ sẽ không thể cạnh tranh lại. Có lẽ, họ sẽ diệt vong, hoặc trở nên không quan trọng. Thay vậy, sẽ có một cuộc chạy đua của các sinh vật tự thiết kế, họ tự cải thiện mình ở tốc độ ngày càng nhanh.

Nếu chủng loài người làm chủ được việc tự thiết kế lại, để giảm bớt hoặc loại trừ nguy cơ tự hủy diệt, có khả năng nó sẽ lan tỏa và định cư ở các hành tinh và các sao khác. Tuy nhiên, việc du hành vũ trụ đường dài sẽ thật khó khăn đối với các dạng sống gốc hóa học dựa trên ADN – giống như chúng ta. Tuổi thọ tự nhiên đối với những sinh vật như thế là ngắn so với thời gian du hành. Theo thuyết tương đối, không gì có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng, thành ra một chuyến đi khứ hồi từ chúng ta đến ngôi sao gần nhất sẽ mất ít nhất tám năm, và đến tâm của thiên hà mất khoảng 50.000 năm. Trong khoa học viễn tưởng, họ khắc phục trở ngại này bằng cách uốn cong không gian, hay du hành qua các chiều dư. Song tôi không nghĩ những cách như vậy là có thể, cho dù sự sống có trở nên thông minh đến dường nào. Theo thuyết tương đối, nếu người ta có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng, thì người ta cũng có thể đi ngược thời gian, và điều này dẫn đến các vấn đề xảy ra với những người đi ngược và làm thay đổi quá khứ. Người ta cũng kì vọng nhìn thấy một số lượng lớn du khách đến từ tương lai, hiếu kì quan sát những kiểu cách cổ lỗ, lỗi thời của chúng ta.

Có thể sử dụng kĩ thuật di truyền làm cho sự sống gốc ADN tồn tại vô hạn định, hoặc ít nhất trong 100.000 năm. Nhưng có một cách dễ hơn, nó hầu như nằm trong tầm năng lực của chúng ta, đó là gửi đi máy móc thôi. Các máy này được thiết kế để tồn tại đủ lâu cho chuyến du hành giữa các sao. Khi chúng đi tới một ngôi sao mới, chúng có thể hạ cánh lên một hành tinh thích hợp và khai khoáng vật liệu để chế tạo thêm nhiều máy móc, đến lượt các máy này được gửi tiếp đến các sao khác nữa. Các máy móc này sẽ là một hình thức mới của sự sống, dựa trên các bộ phận cơ giới và điện tử thay cho các phân tử vĩ mô. Cuối cùng chúng có thể thay thế sự sống gốc ADN, giống như ADN có lẽ đã thay thế một hình thức trước đây của sự sống.

Xác suất chúng ta sẽ chạm trán một dạng sống ngoài hành tinh nào đó khi chúng ta khám phá thiên hà là bao nhiêu? Nếu lập luận về thang thời gian cho sự sống xuất hiện trên Trái Đất là đúng, thì phải có nhiều ngôi sao khác có các hành tinh có sự sống trên chúng. Một số hệ sao này có thể đã hình thành trước Trái Đất năm tỉ năm, vậy tại sao thiên hà không nhung nhúc các dạng sống cơ giới hay sinh học tự thiết kế chứ? Tại sao Trái Đất chưa từng được thăm viếng hay bị chiếm cứ? Tiện thể, tôi chẳng quan tâm đến các đề xuất rằng UFO chứa các sinh vật đến từ không gian bên ngoài, vì tôi nghĩ bất kì chuyến viếng thăm nào của người ngoài hành tinh cũng sẽ rõ ràng hơn nhiều – và có lẽ cũng gay gắt hơn nhiều nữa.

Vậy tại sao chúng ta chưa từng được thăm viếng? Có lẽ xác suất để sự sống tự phát xuất hiện là thấp đến mức Trái Đất là hành tinh duy nhất trong thiên hà – hay trong vũ trụ quan sát được – trên đó nó xuất hiện. Một khả năng nữa là có một xác suất hợp lí để hình thành các hệ thống tự sao chép, ví dụ như các tế bào, nhưng phần lớn các dạng sống này đã không tiến hóa thành trí thông minh. Chúng ta quen nghĩ rằng sự sống thông minh là một hệ quả không thể tránh khỏi của tiến hóa, nhưng nếu nó không phải thì sao? Nguyên lí Vị nhân sinh cảnh báo chúng ta nên thận trọng trước những lập luận như thế. Có khả năng hơn là sự tiến hóa là một quá trình ngẫu nhiên, với trí thông minh chỉ là một trong số lượng lớn các kết cục khả dĩ.

Cũng chẳng rõ rằng trí thông minh có bất kì giá trị tồn vong lâu dài nào không. Vi khuẩn, cùng các sinh vật đơn bào khác, có thể sinh sôi nếu mọi sinh vật khác trên Trái Đất bị quét sạch bởi các hoạt động của chúng ta. Có lẽ trí thông minh là một phát triển chẳng hứa hẹn gì cho sự sống trên Trái Đất, từ niên đại tiến hóa, vì cần thời gian rất dài – khoảng hai tỉ rưỡi năm – để đi từ sinh vật đơn bào đến đa bào, đó là một tiền thân thiết yếu cho trí thông minh. Đây là một tỉ lệ đẹp của tổng thời gian sẵn có trước khi Mặt Trời phồng to, vì thế nó phù hợp với giả thuyết rằng xác suất cho sự sống phát triển trí thông minh là thấp. Trong trường hợp này, chúng ta có thể kì vọng tìm thấy nhiều dạng sống khác trong thiên hà, nhưng chúng ta khó mà tìm thấy sự sống thông minh.

Một cách khác trong đó sự sống có thể không phát triển được sang giai đoạn thông minh đó là nếu một tiểu hành tinh hay sao chổi va chạm với hành tinh. Năm 1994, chúng ta đã quan sát một vụ va chạm của sao chổi, Shoemaker-Levy, với Mộc tinh. Nó tạo ra một loạt cầu lửa khổng lồ. Người ta cho rằng sự va chạm của một vật thể hơi nhỏ hơn thế với Trái Đất, cách nay khoảng sáu mươi sáu triệu năm, là nguyên nhân gây tuyệt chủng loài khủng long. Một vài loài thú nhỏ xa xưa đã sống sót, song bất kì loài nào kích cỡ lớn chừng bằng con người sẽ hầu như chắc chắn bị quét sạch. Khó mà nói được những va chạm như thế xảy ra bao lâu một lần, nhưng một dự đoán hợp lí sẽ là trung bình mỗi hai mươi triệu năm một lần. Nếu con số này đúng, thì nó có nghĩa là sự sống thông minh trên Trái Đất phát triển được chỉ bởi sự may mắn tình cờ là chẳng có vụ va chạm lớn nào trong sáu mươi sáu triệu năm qua. Các hành tinh khác trong thiên hà, trên đó sự sống đã phát triển, có lẽ không có được khoảng thời gian không-va chạm đủ lâu để tiến hóa các sinh vật thông minh.

Một khả năng thứ ba là có một xác suất hợp lí cho sự sống hình thành và tiến hóa thành sinh vật thông minh, nhưng hệ thống trở nên bất ổn và sự sống thông minh tự hủy diệt. Đây sẽ là một kết luận rất bi quan và tôi rất hi vọng rằng nó không đúng.

Tôi ngả về một khả năng thứ tư: rằng có những dạng khác của sự sống thông minh ở ngoài kia, nhưng chúng ta không nhận thấy. Vào năm 2015, tôi có tham dự buổi khai trương Các Sáng kiến Lắng nghe Đột phá. Lắng nghe Đột phá sử dụng các quan sát vô tuyến để tìm kiếm sự sống thông minh ngoài địa cầu, và có trang thiết bị tiên tiến, ngân quỹ dồi dào và hàng nghìn giờ làm việc của kính thiên văn vô tuyến dành riêng. Nó là sáng kiến lớn nhất trong các chương trình nghiên cứu khoa học nhắm vào tìm kiếm bằng chứng của các nền văn minh vượt ngoài Trái Đất. Thông điệp Đột phá là một cuộc thi quốc tế nhằm sáng tạo những thông điệp có thể được đọc bởi một nền văn minh tiên tiến. Thế nhưng chúng ta nên thận trọng ngoái về phía sau trước khi dấn thêm bước nào về phía trước. Gặp gỡ một nền văn minh tiên tiến hơn, ở giai đoạn hiện nay của chúng ta, có thể na ná như các cư dân bản địa của châu Mĩ gặp gỡ Columbus – và tôi chẳng nghĩ đó là một kết thúc có hậu.
---

Nếu sự sống thông minh tồn tại ở đâu đó khác ngoài Trái Đất, thì nó có giống với các dạng sống mà chúng ta biết hay không?

Có sự sống thông minh trên Trái Đất không? Nhưng nghiêm túc mà nói, nếu có sự sống thông minh ở đâu đó khác, thì nó phải ở rất xa, còn không nó đã đến thăm Trái Đất vào lúc này rồi. Và tôi nghĩ chúng ta chẳng hề hay biết nếu chúng ta từng được thăm viếng; tình hình na ná như trong bộ phim Ngày Độc Lập.

Chương 4

CHÚNG TA CÓ THỂ DỰ BÁO TƯƠNG LAI KHÔNG? 

Vào thời xa xưa, thế giới phải là một nơi vô cùng lộn xộn. Các thảm họa như lũ lụt, dịch bệnh, động đất hay núi lửa cứ xảy ra mà không có cảnh báo trước hay có mùa rõ rệt. Loài người nguyên thủy gán những hiện tượng thiên nhiên như thế cho các vị thần có tính cách thất thường và kì quái. Chẳng có cách nào đoán được họ sẽ làm gì, và hi vọng duy nhất là lấy lòng họ bằng quà biếu hay hành động. Nhiều người vẫn phần nào tán thành đức tin này và cố thỏa ước cầu may. Họ hứa sẽ xử sự tốt hơn hoặc tử tế hơn nếu họ được điểm A cho một khóa học hoặc thi đậu bằng lái xe.

Tuy nhiên, dần dần người ta phải để ý rằng có những thường kì nhất định trong hành xử của tự nhiên. Các thường kì này dễ thấy nhất là ở chuyển động của các thiên thể trên bầu trời. Vì thế thiên văn học là ngành khoa học đầu tiên được phát triển. Nó được Newton thiết lập một nền tảng toán học vững chắc cách nay hơn 300 năm, và chúng ta vẫn sử dụng lí thuyết của ông về lực hấp dẫn để dự đoán chuyển động của hầu như mọi thiên thể. Sau ví dụ thiên văn học, người ta thấy các hiện tượng thiên nhiên khác cũng tuân theo các quy luật khoa học rõ ràng. Điều này đưa đến quan niệm tất định luận khoa học, lần đầu tiên nó được giới thiệu rộng rãi bởi nhà khoa học Pháp Pierre-Simon Laplace. Tôi muốn trích dẫn với bạn những lời thật sự của Laplace, nhưng Laplace hơi giống Proust ở chỗ ông viết các câu dài dòng và phức tạp đến khác thường. Vì thế tôi quyết định giảng giải lời ông nói. Nói chung điều ông nói là nếu một lúc nào đó chúng ta biết vị trí và tốc độ của tất cả các hạt trong vũ trụ, thì chúng ta có thể tính ra hành trạng của chúng tại bất kì thời điểm nào trong quá khứ hay trong tương lai. Có một câu chuyện có lẽ được ngụy tạo kể rằng khi Napoleon hỏi Laplace rằng làm thế nào lắp khớp Chúa vào hệ thống của ông, ông đáp, “Thưa ngài, tôi không cần đến giả thuyết đó.” Tôi không nghĩ Laplace đang khẳng định rằng Chúa không tồn tại. Đó chỉ là Chúa không can thiệp để phá vỡ các định luật khoa học mà thôi. Đó phải là vị thế của mỗi nhà khoa học. Một định luật khoa học không còn là một định luật khoa học nữa nếu nó chỉ đúng khi một thế lực siêu nhiên nào đó quyết định để cho mọi thứ vận hành và không can thiệp.

Quan điểm cho rằng trạng thái của vũ trụ tại một thời điểm xác định trạng thái tại mọi thời điểm khác từng là một trụ cột trung tâm của khoa học kể từ thời Laplace. Nó ngụ ý rằng chúng ta có thể dự đoán tương lai, tối thiểu là trên nguyên tắc. Tuy nhiên, trên thực tế, khả năng của chúng ta dự đoán tương lai bị hạn chế rất nhiều bởi sự phức tạp của các phương trình, và bởi thực tế chúng thường có một tính chất gọi là hỗn độn. Như những ai từng xem Công viên Kỉ Jura đều biết, điều này có nghĩa là một nhiễu loạn tí hon ở một nơi này có thể gây ra một thay đổi lớn ở nơi khác. Một con bướm vỗ cánh ở Úc có thể gây mưa ở Central Park, New York. Vấn đề là, nó không có tính lặp lại được. Lần tiếp theo con bướm vỗ cánh của nó thì một loạt thứ khác sẽ không giống vậy nữa, nhưng nó cũng sẽ ảnh hưởng đến thời tiết. Yếu tố hỗn độn này là nguyên do khiến các kênh dự báo thời tiết có thể chẳng mấy đáng tin cậy.

Bất chấp những khó khăn thực tế này, tất định luận khoa học vẫn là giáo điều chính thức xuyên suốt thế kỉ mười chín. Tuy nhiên, vào thế kỉ hai mươi, đã có hai phát triển cho thấy tầm nhìn của Laplace, về việc dự đoán hoàn chỉnh tương lai, không thể nào hiện thực hóa được. Phát triển thứ nhất là cái gọi là cơ học lượng tử. Lí thuyết được thiết lập vào năm 1900 bởi nhà vật lí Đức Max Planck như là một giả thuyết đặc biệt, để giải quyết một nghịch lí dai dẳng. Theo các quan điểm cổ điển thế kỉ mười chín có từ thời Laplace, một vật thể nóng, như một miếng kim loại nóng đỏ, sẽ phát ra bức xạ. Nó sẽ mất năng lượng thành sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X và tia gamma, tất cả ở tỉ lệ như nhau. Điều này có nghĩa là không những tất cả chúng ta đều chết vì ung thư da, mà mọi thứ trong vũ trụ cũng sẽ ở một nhiệt độ bằng nhau, điều đó rõ ràng là không phải.

Tuy nhiên, Planck chỉ ra rằng người ta có thể tránh được thảm họa này nếu từ bỏ quan niệm rằng lượng bức xạ có thể có giá trị bất kì, và thay vào đó ông nói rằng bức xạ chỉ xuất hiện thành từng gói hay từng lượng tử có một cỡ nhất định. Nó có chút na ná như việc nói rằng bạn không thể mua đường đổ đống trong siêu thị, nó phải được đựng trong các túi cân kí. Năng lượng trong các gói hay các lượng tử đối với tia tử ngoại và tia X là cao hơn so với đối với tia hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy. Nó có nghĩa là trừ khi một vật rất nóng, kiểu như Mặt Trời, bằng không nó sẽ không có đủ năng lượng để giải phóng dù là một lượng tử của tia tử ngoại hay tia X. Đó là lí do chúng ta không bị sạm da vì một tách cà phê.

Planck xem quan điểm về các lượng tử chỉ là một thủ thuật toán học, và không xem nó có chút thực tiễn vật chất nào, cho dù điều đó có ý nghĩa gì. Tuy nhiên, các nhà vật lí bắt đầu tìm thấy những hành trạng khác chỉ có thể giải thích được theo các đại lượng có giá trị rời rạc hay bị lượng tử hóa thay cho những đại lượng biến thiên liên tục. Ví dụ, người ta tìm thấy rằng các hạt sơ cấp hành xử có chút giống như những con quay tí hon, xoay xung quanh trục của nó. Nhưng lượng chuyển động quay không thể có giá trị bất kì. Nó phải bằng một bội số nào đó của một đơn vị cơ bản. Bởi vì đơn vị này rất nhỏ, cho nên người ta không để ý rằng một con quay bình thường thật sự chậm đi trong một chuỗi nhanh gồm những bước rời rạc, chứ không phải một quá trình liên tục. Thế nhưng, đối với những con quay nhỏ như nguyên tử, bản chất rời rạc của chuyển động quay là rất quan trọng.

Thời gian trôi qua, rồi người ta mới nhận ra các hàm ý của hành vi lượng tử này đối với tất định luận. Mãi đến năm 1927 Werner Heisenberg, một nhà vật lí Đức khác, mới chỉ ra rằng bạn không thể đo đồng thời vị trí lẫn tốc độ của một hạt thật chính xác. Để thấy một hạt ở đâu, người ta phải rọi ánh sáng lên nó. Nhưng theo công trình của Planck, người ta không thể sử dụng một lượng ánh sáng nhỏ tùy ý được. Người ta phải dùng ít nhất một lượng tử. Điều này sẽ gây nhiễu với hạt và làm thay đổi tốc độ của nó theo một kiểu không thể dự đoán được. Để đo vị trí của một hạt thật chính xác, bạn sẽ phải sử dụng ánh sáng có bước sóng ngắn, như tia tử ngoại, tia X hay tia gamma. Nhưng một lần nữa, theo công trình của Planck, các lượng tử của những dạng ánh sáng này có năng lượng cao hơn của ánh sáng nhìn thấy. Vì thế chúng sẽ gây nhiễu tốc độ của hạt đó. Đó là một tình huống cầm hòa: bạn cố đo vị trí của một hạt càng chính xác, thì bạn có thể biết tốc độ của nó càng kém chính xác, và ngược lại. Điều này được tóm gọn trong Nguyên lí Bất định do Heisenberg thiết lập; độ bất định về vị trí của một hạt nhân với độ bất định về tốc độ của nó luôn lớn hơn một đại lượng gọi là hằng số Planck, chia cho hai lần khối lượng của hạt đó.

Tầm nhìn của Laplace về tất định luận khoa học liên quan đến việc biết tốc độ và vị trí của các hạt trong vũ trụ, tại một thời điểm nào đó. Vì thế nó bị xói mòn nghiêm trọng bởi Nguyên lí Bất định của Heisenberg. Làm thế nào người ta có thể dự đoán tương lai, khi mà người ta không thể đo chính xác đồng thời vị trí và tốc độ của các hạt ở thời hiện tại? Cho dù bạn có một cỗ máy tính mạnh bao nhiêu, nếu bạn nạp vào đó dữ liệu không sạch thì bạn sẽ thu được các dự đoán không sạch.

Einstein đã rất bực mình trước sự ngẫu nhiên biểu kiến này trong tự nhiên. Quan điểm của ông được tóm gọn trong câu nói nổi tiếng của ông, “Chúa không chơi xúc xắc”. Dường như ông cảm thấy rằng sự bất định chỉ là tạm thời thôi và rằng có một thực tại nền tảng, trong đó các hạt sẽ có vị trí và tốc độ rõ rệt và sẽ diễn tiến theo các định luật tất định luận theo tinh thần Laplace. Thực tại này có thể được Chúa biết, song bản chất lượng tử của ánh sáng sẽ ngăn chúng ta nhìn thấy nó, ngoại trừ nhìn qua một cái kính lờ mờ.

Quan điểm của Einstein là cái ngày nay sẽ được gọi là lí thuyết một biến ẩn. Các lí thuyết ẩn biến có vẻ là cách dễ thấy nhất để sáp nhập Nguyên lí Bất định vào vật lí. Chúng tạo nên cơ sở của bức tranh tinh thần về vũ trụ của nhiều nhà khoa học, và hầu như của mọi triết gia khoa học. Thế nhưng các lí thuyết ẩn biến này là sai. Nhà vật lí Anh John Bell đã nghĩ ra một phép thử thực nghiệm có thể bác bỏ các lí thuyết ẩn biến. Khi thí nghiệm đó được tiến hành thận trọng, các kết quả không phù hợp với các biến ẩn. Do đó, có vẻ như Chúa cũng bị ràng buộc bởi Nguyên lí Bất định và không thể biết đồng thời vị trí và tốc độ của một hạt. Tất cả bằng chứng đều hướng tới Chúa là một con bạc nghiện, người tung xúc xắc cho mỗi tình huống khả dĩ.

Các nhà khoa học khác thì sẵn lòng hơn nhiều so với Einstein, họ chấp nhận sửa đổi quan niệm cổ điển của thế kỉ mười chín về tất định luận. Một lí thuyết mới, cơ học lượng tử, đã được thiết lập bởi Heisenberg, Erwin Schrodinger đến từ Áo và nhà vật lí Anh Paul Dirac. Dirac là người tiền nhiệm của tôi với cương vị Giáo sư ngạch Lucasian tại Cambridge. Mặc dù cơ học lượng tử đã tồn tại gần bảy mươi năm, song nói chung nó vẫn chưa được hiểu và đánh giá đúng, kể cả bởi những người dùng nó để làm tính toán. Thế nhưng nó liên quan đến tất cả chúng ta, bởi vì nó hoàn toàn khác với bức tranh cổ điển về vũ trụ vật chất, và về chính thực tại. Trong cơ học lượng tử, các hạt không có tốc độ và vị trí rõ rệt. Thay vậy, chúng được biểu diễn bởi cái gọi là hàm sóng. Đây là một con số tại mỗi điểm của không gian. Cỡ của hàm sóng cho biết xác suất hạt đó sẽ được tìm thấy tại vị trí đó. Tốc độ mà hàm sóng biến thiên từ điểm này sang điểm khác cho biết tốc độ của hạt. Người ta có thể có một hàm sóng đạt cực đại rất mạnh trong một vùng nhỏ. Điều này sẽ có nghĩa là độ bất định về vị trí là nhỏ. Song hàm sóng đó sẽ biến thiên rất nhanh gần cực đại đó, tăng ở bên này và giảm ở bên kia. Thành ra độ bất định về tốc độ sẽ lớn. Tương tự, người ta có thể có những hàm sóng trong đó độ bất định về tốc độ là nhỏ nhưng độ bất định về vị trí là lớn.

Hàm sóng chứa tất cả những điều người ta có thể biết về hạt, cả vị trí của nó và tốc độ của nó. Nếu bạn biết hàm sóng tại một thời điểm, thì giá trị của nó tại những thời điểm khác được xác định bằng cái gọi là phương trình Schrodinger. Như vậy, người ta vẫn có một kiểu tất định luận, song nó không thuộc loại mà Laplace hình dung. Thay vì có thể dự đoán vị trí và tốc độ của các hạt, toàn bộ những gì chúng ta có thể dự đoán là hàm sóng mà thôi. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể dự đoán chỉ một nửa cái chúng ta có thể làm theo quan niệm cổ điển thế kỉ mười chín.

Mặc dù cơ học lượng tử đưa đến sự bất định khi chúng ta cố gắng dự đoán cả vị trí lẫn tốc độ, song nó vẫn cho phép chúng ta dự đoán, với một độ xác định nào đó, một kết hợp của vị trí và tốc độ. Tuy nhiên, ngay cả mức xác định này cũng có vẻ bị đe dọa bởi những phát triển trong thời gian gần đây hơn. Vấn đề phát sinh bởi vì lực hấp dẫn có thể bẻ cong không-thời gian nhiều đến mức có thể có những vùng không gian chúng ta không thể quan sát được.

Các vùng không gian ấy là phần bên trong của lỗ đen. Điều đó có nghĩa là chúng ta không thể, dù là trên nguyên tắc, quan sát các hạt ở bên trong một lỗ đen. Vì thế chúng ta không thể đo vị trí hay vận tốc gì của chúng hết. Như vậy vấn đề phát sinh là liệu điều này có làm cho độ bất định trong dự đoán vượt quá mức được tìm thấy trong cơ học lượng tử hay không.

Tóm lại, quan niệm cổ điển, do Laplace nêu ra, cho rằng chuyển động tương lai của các hạt là hoàn toàn tất định, nếu người ta biết vị trí và tốc độ của chúng tại một thời điểm. Quan niệm này phải sửa đổi khi Heisenberg thiết lập Nguyên lí Bất định của ông, nó nói rằng người ta không thể biết chính xác đồng thời vị trí và tốc độ. Tất nhiên, người ta vẫn có thể dự đoán một kết hợp của vị trí và tốc độ. Thế nhưng có lẽ ngay cả khả năng dự đoán hạn chế này cũng có thể không còn nữa nếu xét đến các lỗ đen.
---

Các định luật chi phối vũ trụ có cho phép chúng ta dự báo chính xác cái sắp xảy ra với chúng ta trong tương lai hay không?

Câu trả lời ngắn gọn là không, và có. Trên nguyên tắc, các định luật cho phép chúng ta dự báo tương lai. Nhưng trên thực tế các phép tính thường là quá khó.

Chương 5

CÁI GÌ Ở BÊN TRONG MỘT LỖ ĐEN?

Người ta thường nói thực tế đôi khi còn lạ hơn cả hư cấu, và chẳng ở đâu điều này đúng hơn là trong trường hợp các lỗ đen. Lỗ đen lạ hơn bất cứ thứ gì mà các nhà văn khoa học viễn tưởng từng mơ đến, song chúng là những vấn đề kiên cố của thực tế khoa học.

Thảo luận đầu tiên về các lỗ đen là vào năm 1783, bởi một người Cambridge tên là John Michell. Lập luận của ông như sau. Nếu người ta bắn ra một hạt, ví dụ một quả đạn pháo, thẳng đứng lên cao, thì nó sẽ chuyển động chậm dần do trọng lực. Cuối cùng, hạt sẽ ngừng chuyển động đi lên, và sẽ rơi xuống. Tuy nhiên, nếu vận tốc thẳng đứng ban đầu lớn hơn một giá trị tới hạn nào đó, gọi là vận tốc thoát, thì trọng lực sẽ không bao giờ đủ mạnh để làm dừng hạt lại, và nó sẽ bay ra xa. Vận tốc thoát đối với Trái Đất chỉ là hơn 11 kilo-mét trên giây, nhưng bằng khoảng 617 kilo-mét trên giây đối với Mặt Trời. Cả hai giá trị này đều cao hơn nhiều so với tốc độ của các quả đạn pháo thực tế. Thế nhưng chúng là thấp so với tốc độ ánh sáng, nó vào khoảng 300.000 kilo-mét mỗi giây. Vì thế ánh sáng có thể đi ra khỏi Trái Đất hay Mặt Trời mà chẳng gặp chút khó khăn nào. Tuy nhiên, Michell lập luận rằng có thể có các sao nặng gấp nhiều lần Mặt Trời đến mức vận tốc thoát của chúng lớn hơn tốc độ ánh sáng. Chúng ta sẽ không thể nhìn thấy chúng, bởi vì mọi ánh sáng mà chúng phát ra đều bị lực hấp dẫn kéo trở vào. Vì thế, chúng sẽ là cái Michell gọi là các sao tối, cái ngày nay chúng ta gọi là các lỗ đen.

Để tìm hiểu chúng, chúng ta cần bắt đầu với lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn được mô tả bởi thuyết tương đối rộng của Einstein, đó là một lí thuyết về không gian và thời gian cùng với lực hấp dẫn. Hành trạng của không gian và thời gian bị chi phối bởi một tập phương trình gọi là các phương trình Einstein, chúng được Einstein nêu ra vào năm 1915. Mặc dù cho đến nay lực hấp dẫn là lực yếu nhất được biết của tự nhiên, song nó có hai lợi thế quan trọng so với các lực khác. Thứ nhất, nó tác dụng tầm xa. Trái Đất được giữ trong quỹ đạo bởi Mặt Trời, ở cự li chín mươi ba triệu dặm, và Mặt Trời được giữ trong quỹ đạo xung quanh tâm thiên hà, ở cự li 10.000 năm ánh sáng. Lợi thế thứ hai là lực hấp dẫn luôn luôn hút, không giống như lực điện có thể hút hoặc đẩy. Hai đặc trưng này có nghĩa là đối với một ngôi sao đủ lớn, lực hút hấp dẫn giữa các hạt có thể át trội tất cả những lực kia và dẫn tới sự co sụp hấp dẫn. Bất chấp những thực tế này, cộng đồng khoa học vẫn chậm nhận ra các sao khối lượng lớn có thể co sụp dưới lực hấp dẫn riêng của chúng và tính thử xem vật thể còn lại khi ấy sẽ hành xử như thế nào. Albert Einstein còn viết một bài báo vào năm 1939 khẳng định rằng các sao không thể co sụp dưới lực hấp dẫn, bởi vì vật chất không thể bị nén quá một điểm nhất định. Nhiều nhà khoa học chia sẻ cảm giác tận đáy lòng ấy của Einstein. Ngoại lệ chính là nhà khoa học Mĩ John Wheeler, nhìn ở nhiều mặt ông là vị anh hùng của câu chuyện lỗ đen. Trong công trình của ông vào thập niên 1950 và 1960, ông nhấn mạnh rằng nhiều sao cuối cùng sẽ suy sụp, và khảo sát những vấn đề mà sự suy sụp này đặt ra cho vật lí lí thuyết. Ông cũng nhìn thấy trước nhiều đặc tính của các vật thể mà các sao suy sụp này trở thành – nghĩa là các lỗ đen.

Trong phần lớn quãng đời của một sao bình thường, trong nhiều tỉ năm, nó sẽ tự chống đỡ lực hấp dẫn riêng của nó bằng áp suất nhiệt gây ra bởi các quá trình hạt nhân biến đổi hydrogen thành helium. Tuy nhiên, cuối cùng ngôi sao sẽ cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân của nó. Ngôi sao đó sẽ co lại. Trong một số trường hợp, nó sẽ tự chống đỡ được dưới dạng một sao lùn trắng, tàn dư đậm đặc của một lõi sao. Tuy nhiên, Subrahmanyan Chandrasekhar đã chứng minh vào năm 1930 rằng khối lượng tối đa của một sao lùn trắng là khoảng 1,4 lần khối lượng Mặt Trời. Một khối lượng cực đại giống vậy cũng được tính bởi nhà vật lí Nga Lev Landau cho một sao làm toàn bằng neutron.

Vậy đâu là số phận của vô số sao có khối lượng lớn hơn khối lượng tối đa của một sao lùn trắng hoặc sao neutron một khi chúng đã cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân? Vấn đề đó được nghiên cứu bởi Robert Oppenheimer, người sau này nổi tiếng với bom nguyên tử. Trong hai bài báo vào năm 1939, cùng với George Volkoff và Hartland Snyder, ông chứng minh rằng một sao như thế không thể nào trụ nổi bằng áp suất. Và rằng nếu người ta bỏ qua áp suất, thì một sao đối xứng cầu đồng đều có hệ thống sẽ co lại thành một điểm có mật độ vô hạn. Một điểm như thế được gọi là một kì dị. Toàn bộ các lí thuyết của chúng ta về không gian đều thiết lập trên giả định rằng không-thời gian là trơn mượt và hầu như phẳng, vì thế chúng sụp đổ tại điểm kì dị, tại đó độ cong của không-thời gian là vô hạn. Thật vậy, nó đánh dấu sự kết thúc của chính không gian và thời gian. Đây là cái Einstein nhận thấy quá sức chướng tai gai mắt.

Rồi Thế chiến Thứ hai xen ngang. Đa số các nhà khoa học, kể cả Robert Oppenheimer, chuyển hướng chú ý của họ sang vật lí hạt nhân, và vấn đề suy sụp hấp dẫn phần lớn bị lãng quên. Hứng thú với vấn đề này hồi sinh trở lại với việc khám phá những vật thể ở xa gọi là quasar. Quasar đầu tiên, 3C273, được tìm thấy vào năm 1963. Nhiều quasar khác được tìm thấy không lâu sau đó. Chúng sáng rực mặc dù ở khoảng cách xa đến Trái Đất. Các quá trình hạt nhân không thể giải thích được output năng lượng của chúng, bởi vì chúng chỉ giải phóng một tỉ lệ nhỏ khối lượng nghỉ của chúng dưới dạng năng lượng thuần túy. Lời giải thích khác do năng lượng hấp dẫn được giải phóng bởi sự co sụp hấp dẫn.

Sự suy sụp hấp dẫn của các sao đã được khám phá lại. Khi điều này xảy ra, lực hấp dẫn của vật thể hút toàn bộ vật chất xung quanh nó vào trong. Rõ ràng rằng một sao hình cầu đồng đều sẽ co lại thành một điểm có mật độ vô hạn, tức là một kì dị. Thế nhưng điều gì xảy ra nếu ngôi sao đó không đều và không có dạng cầu? Sự phân bố không đồng đều này của vật chất sao có thể gây ra một sự suy sụp không đều và tránh được điểm kì dị hay không? Trong một bài báo nổi bật vào năm 1965, Roger Penrose đã chỉ ra rằng sẽ vẫn có một kì dị, ông chỉ sử dụng thực tế rằng lực hấp dẫn là lực hút.

Các phương trình Einstein không thể xác định tại một điểm kì dị. Điều này có nghĩa là tại điểm mật độ vô hạn này người ta không thể dự đoán tương lai. Điều này ngụ ý rằng có thứ gì đó kì lạ có thể xảy ra hễ khi một ngôi sao suy sụp. Chúng ta sẽ không bị ảnh hưởng bởi sự sụp đổ dự đoán nếu các kì dị ấy là không trần trụi – nghĩa là chúng không được che chắn khỏi bên ngoài. Penrose đề xuất giả thuyết kiểm duyệt vũ trụ: mọi điểm kì dị hình thành bởi sự suy sụp của các sao hay các vật thể khác sẽ không nhìn thấy được từ bên trong lỗ đen. Một lỗ đen là một vùng tại đó lực hấp dẫn mạnh đến mức ánh sáng cũng không thể thoát ra. Giả thuyết kiểm duyệt vũ trụ hầu như chắc chắn đúng, do một số nỗ lực bác bỏ nó đều không thành công.

Khi John Wheeler nêu ra thuật ngữ “lỗ đen” vào năm 1967, nó đã thay thế cho tên gọi trước đó về “sao đông”. Tên đặt của Wheeler nhấn mạnh rằng tàn dư của các sao suy sụp có sức thu hút riêng của chúng, không phụ thuộc vào cách chúng được tạo ra. Tên gọi mới nhanh chóng được sử dụng rộng rãi.

Nhìn từ bên ngoài, bạn không thể nói được cái gì ở bên trong một lỗ đen. Cho dù bạn ném thứ gì vào, hay nó được hình thành ra sao, thì các lỗ đen trông y hệt nhau. John Wheeler nổi tiếng khi phát biểu nguyên lí này, “Lỗ đen không có tóc.”

Mỗi lỗ đen có một ranh giới gọi là chân trời sự kiện. Đó là nơi lực hấp dẫn vừa đủ mạnh để kéo ánh sáng trở vào và ngăn nó thoát ra. Bởi vì không có gì có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng, cho nên mọi thứ khác cũng sẽ bị hút vào. Rơi qua chân trời sự kiện có chút na ná như vượt thác Niagara trên một cái xuồng. Nếu bạn ở phía trên thác, thì bạn có thể tránh ra xa bằng cách chèo đủ nhanh, nhưng một khi bạn băng ra rìa thác thì bạn tiêu đời. Chẳng có cách nào quay lại nữa. Khi bạn tiến càng gần thác nước, thì các dòng chảy càng xiết hơn. Điều này có nghĩa là nó hút phía trước chiếc xuồng mạnh hơn phía sau. Có nguy cơ chiếc xuồng sẽ bị xé toạc ra. Đó là cái tương tự với các lỗ đen. Nếu bạn rơi vào trong một lỗ đen với hai chân vào trước, thì lực hấp dẫn sẽ hút hai chân bạn mạnh hơn đầu bạn, vì chúng ở gần lỗ đen hơn. Kết quả là bạn sẽ bị kéo dài ra và ép lại ở hai bên. Nếu lỗ đen có khối lượng gấp vài lần Mặt Trời của chúng ta, thì bạn sẽ bị kéo thành sợi mì spaghetti trước khi bạn tiến đến chân trời sự kiện. Tuy nhiên, nếu bạn rơi vào trong một lỗ đen lớn hơn nhiều, với khối lượng gấp một triệu lần Mặt Trời, thì lực hút hấp dẫn lên toàn bộ cơ thể bạn sẽ bằng nhau hết và bạn có thể tiến tới chân trời mà không gặp khó khăn gì. Thế nên, nếu bạn muốn khám phá bên trong của một lỗ đen, thì hãy đảm bảo rằng bạn chọn một lỗ đen to. Có một lỗ đen với khối lượng gấp bốn triệu lần Mặt Trời tại tâm của thiên hà Ngân Hà của chúng ta.

Mặc dù bạn sẽ không để ý thấy chút gì đặc biệt hết khi bạn rơi vào trong một lỗ đen, nhưng một ai đó quan sát bạn từ xa sẽ không bao giờ nhìn thấy bạn băng qua chân trời sự kiện. Thay vậy, bạn có vẻ như chuyển động chậm lại và bay lượn lòng vòng ở bên ngoài. Ảnh của bạn sẽ càng lúc càng mờ dần, và đỏ dần, cho đến khi bạn khuất khỏi tầm nhìn. Trong chừng mực mà thế giới bên ngoài quan tâm, bạn sẽ biến mất mãi mãi.

Không bao lâu sau khi con gái Lucy của tôi chào đời, tôi đã có một thời khắc eureka. Tôi tìm thấy định lí diện tích. Nếu thuyết tương đối là đúng, và mật độ năng lượng của vật chất là dương, như thường xảy ra, thì diện tích bề mặt của chân trời sự kiện, ranh giới của một lỗ đen, có một tính chất là nó luôn luôn tăng khi có thêm vật chất hoặc bức xạ rơi vào trong lỗ đen. Hơn nữa, nếu hai lỗ đen va chạm và hợp nhất thành một lỗ đen, thì diện tích của chân trời sự kiện xung quanh lỗ đen thu được sẽ lớn hơn tổng diện tích của chân trời xung quanh hai lỗ đen ban đầu. Định lí diện tích có thể được kiểm tra thực nghiệm bằng Đài thiên văn Sóng Hấp dẫn Giao thoa kế Laser (LIGO). Vào ngày 14 tháng Chín 2015, LIGO đã phát hiện sóng hấp dẫn đến từ sự va chạm và hợp nhất của hai lỗ đen. Từ dạng sóng, người ta có thể ước tính khối lượng và moment động lượng của hai lỗ đen, và theo định lí không-tóc các giá trị này xác định diện tích chân trời sự kiện.

Các tính chất này đề xuất rằng có một sự tương đồng giữa diện tích chân trời sự kiện của một lỗ đen và vật lí cổ điển thường gặp, đặc biệt là khái niệm entropy trong nhiệt động lực học. Entropy có thể được xem là số đo độ mất trật tự của một hệ, hay tương đương là sự thiếu kiến thức về trạng thái chính xác của nó. Định luật thứ hai nổi tiếng của nhiệt động lực học nói rằng entropy luôn luôn tăng theo thời gian. Khám phá này là dấu hiệu đầu tiên của mối liên hệ trọng yếu này.

Sự tương đồng giữa các tính chất của lỗ đen và các định luật của nhiệt động lực học có thể mở rộng thêm nữa. Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học nói rằng một biến thiên nhỏ về entropy của một hệ đi kèm bởi một biến thiên tương ứng về năng lượng của hệ. Brandon Carter, Jim Bardeen và tôi đã tìm thấy một định luật giống vậy liên hệ độ biến thiên về khối lượng của một lỗ đen với độ biến thiên diện tích của chân trời sự kiện. Ở đây hệ số tỉ lệ liên quan đến một đại lượng gọi là lực hấp dẫn bề mặt, đó là một số đo cường độ lực hấp dẫn tại chân trời sự kiện. Nếu người ta đồng ý rằng diện tích của chân trời sự kiện là tương đồng với entropy, thì có vẻ như lực hấp dẫn bề mặt tương đồng với nhiệt độ. Sự tương đồng ấy được củng cố thêm bởi thực tế hóa ra lực hấp dẫn bề mặt là bằng nhau tại mọi điểm trên chân trời sự kiện, y hệt như nhiệt độ là bằng nhau tại mọi điểm trong một vật ở trạng thái cân bằng nhiệt.

Mặc dù có một sự tương đồng rõ rệt giữa entropy và diện tích của chân trời sự kiện, nhưng chúng tôi không thấy ngay được làm thế nào có thể xem diện tích ấy là entropy của chính lỗ đen. Entropy của lỗ đen sẽ có nghĩa là gì? Đề xuất quan trọng được nêu ra vào năm 1972 bởi Jacob Bekeinstein, lúc ấy là một sinh viên mới tốt nghiệp Đại học Princeton. Đề xuất ấy như thế này. Khi một lỗ đen được tạo ra bởi sự suy sụp hấp dẫn, nó nhanh chóng thiết lập một trạng thái ổn định, trạng thái ấy được đặc trưng bởi ba thông số: khối lượng, moment động lượng và điện tích.

Điều này khiến trạng thái lỗ đen sau cùng trông như thể không phụ thuộc vật thể đã suy sụp được làm bằng vật chất hay phản vật chất, hoặc nó có dạng cầu hay một hình dạng vô cùng bất đối xứng nào đó. Nói cách khác, một lỗ đen với một khối lượng, moment động lượng và điện tích cho trước có thể đã hình thành bởi sự suy sụp của bất kì một trong số lượng lớn các cấu hình khác nhau của vật chất. Vì thế cái có vẻ tương tự là lỗ đen đã hình thành bởi sự suy sụp của số lượng lớn loại sao khác nhau. Thật vậy, nếu các hiệu ứng lượng tử là không đáng kể, thì số lượng cấu hình sẽ là vô hạn bởi vì lỗ đen có thể đã hình thành bởi sự suy sụp của một đám mây gồm vô số hạt có khối lượng thấp vô hạn. Thế nhưng số lượng cấu hình thật sự có thể vô hạn hay không?

Cơ học lượng tử vốn nổi tiếng dính líu tới Nguyên lí Bất định. Nguyên lí này nói rằng người ta không thể đo đồng thời vị trí và tốc độ của một hạt bất kì. Nếu người ta đo chính xác nó ở đâu, thì tốc độ của nó là không xác định. Trên thực tế, điều này có nghĩa là người ta không thể định xứ bất cứ thứ gì. Giả sử bạn muốn đo kích cỡ của cái gì đó, thì bạn cần tính xem điểm đầu và điểm cuối của vật chuyển động này là ở đâu. Bạn không bao giờ có thể làm việc này chính xác, bởi vì nó liên quan đến việc tiến hành một phép đo về vị trí của cái gì đó và tốc độ của nó một cách đồng thời. Thành ra, người ta không thể xác định kích cỡ của một vật. Tất cả những gì bạn có thể làm là nói rằng Nguyên lí Bất định khiến ta không thể nói chính xác kích cỡ của cái gì đó là bao nhiêu. Hóa ra Nguyên lí Bất định ấn định một giới hạn đối với kích cỡ của cái gì đó. Sau một chút tính toán, người ta tìm thấy rằng đối với một khối lượng cho trước của một vật, có một kích cỡ tối thiểu. Kích cỡ tối thiểu này là nhỏ đối với các vật nặng, nhưng khi người ta nhìn vào những vật càng nhẹ hơn, thì kích cỡ tối thiểu trở nên càng to hơn. Ta có thể nghĩ kích cỡ tối thiểu này là một hệ quả của thực tế rằng trong cơ học lượng tử, các vật có thể được xem hoặc là sóng hoặc là hạt. Một vật càng nhẹ thì bước sóng của nó càng dài và vì thế nó chiếm nhiều không gian hơn. Một vật càng nặng thì bước sóng của nó càng ngắn và vì thế nó dường như nhỏ gọn hơn. Khi kết hợp các ý tưởng này với thuyết tương đối rộng, nó có nghĩa là chỉ vật nặng hơn một trọng lượng nhất định mới có thể hình thành nên lỗ đen. Trọng lượng đó khoảng bằng trọng lượng của một hạt muối. Một hệ quả nữa của những ý tưởng này là số lượng cấu hình có thể tạo ra một lỗ đen có một khối lượng, moment động lượng và điện tích cho trước, mặc dù rất lớn, song cũng là hữu hạn. Jacob Bekenstein đề xuất rằng từ số lượng hữu hạn này, người ta có thể giải thích entropy của một lỗ đen. Đây sẽ là một số đo về lượng thông tin có vẻ biến mất mãi mãi, trong quá trình suy sụp khi một lỗ đen ra đời.

Điểm yếu chết người dễ thấy trong đề xuất của Bekenstein là rằng, nếu mỗi lỗ đen có một entropy hữu hạn tỉ lệ với diện tích chân trời sự kiện của nó, thì nó cũng phải có một nhiệt độ khác-zero sẽ tỉ lệ với lực hấp dẫn bề mặt của nó. Điều này sẽ ngụ ý rằng mỗi lỗ đen có thể cân bằng với bức xạ nhiệt tại một nhiệt độ nào đó khác zero. Nhưng theo các khái niệm cổ điển, không thể nào có sự cân bằng như thế, vì lỗ đen sẽ hấp thụ bức xạ nhiệt rơi vào trong nó mà theo định nghĩa thì nó sẽ không bao giờ phát ra cái gì trở lại. Nó không thể phát ra bất cứ thứ gì, nó không thể phát xạ nhiệt.

Điều này tạo ra một nghịch lí về bản chất của các lỗ đen, những vật thể vô cùng đậm đặc được tạo ra bởi sự suy sụp của các sao. Một lí thuyết đề xuất rằng các lỗ đen cùng với những tính chất giống nhau có thể được hình thành từ vô số loại sao khác nhau. Một lí thuyết khác đề xuất rằng con số ấy có thể là hữu hạn. Đây là một vấn đề về thông tin – ý tưởng cho rằng mỗi hạt và mỗi lực trong vũ trụ đều chứa thông tin.

Bởi vì các lỗ đen không có tóc, như nhà khoa học John Wheeler đã nêu, nên từ bên ngoài người ta không thể nói được cái gì nằm bên trong một lỗ đen, ngoại trừ khối lượng, điện tích và chuyển động quay của nó. Điều này có nghĩa là mỗi lỗ đen phải chứa rất nhiều thông tin ẩn náu khi nhìn từ thế giới bên ngoài. Nhưng có một giới hạn cho lượng thông tin mà người ta có thể đóng gói vào một vùng không gian. Thông tin đòi hỏi năng lượng, và năng lượng có khối lượng theo phương trình nổi tiếng của Einstein, E = mc². Vì thế, nếu có quá nhiều thông tin trong một vùng không gian, nó sẽ suy sụp thành một lỗ đen, và kích cỡ của lỗ đen sẽ phản ánh lượng thông tin đó. Nó tựa như việc xếp chồng ngày càng nhiều sách vào thư viện. Cuối cùng, các kệ sách sẽ oằn sập và thư viện sẽ suy sụp thành một lỗ đen.

Nếu lượng thông tin ẩn náu bên trong một lỗ đen phụ thuộc vào kích cỡ của lỗ đen, thì người ta sẽ kì vọng từ các nguyên lí chung rằng lỗ đen đó sẽ có một nhiệt độ và sẽ lóe sáng như một miếng kim loại nóng. Thế nhưng điều đó là không thể bởi vì, như mọi người đều biết, không có gì có thể thoát ra khỏi lỗ đen. Hay người ta cho là như thế.

Vấn đề này vẫn không được giải quyết mãi cho đến đầu năm 1974, khi tôi đang nghiên cứu hành trạng của vật chất trong vùng phụ cận của một lỗ đen sẽ như thế nào theo cơ học lượng tử. Trước sự bất ngờ lớn của tôi, tôi tìm thấy rằng lỗ đen đó dường như phát ra các hạt ở một tốc độ đều đều. Giống như mọi người khác vào thời ấy, tôi tán thành lời tuyên bố rằng lỗ đen không thể phát ra thứ gì hết. Do đó, tôi bỏ rất nhiều công sức nhằm cố gắng gạt đi hiệu ứng gây hoang mang này. Thế nhưng tôi càng nghĩ nhiều về nó, thì nó càng không chịu rời đi, vì thế cuối cùng tôi đành chấp nhận nó. Cái cuối cùng thuyết phục tôi rằng nó là một quá trình vật lí thật sự, đó là các hạt bay ra có một quang phổ chính xác về mặt nhiệt. Các phép tính của tôi dự đoán rằng mỗi lỗ đen tạo ra và phát ra các hạt và bức xạ, y hệt như nó là một vật nóng bình thường, với một nhiệt độ tỉ lệ với lực hấp dẫn bề mặt và tỉ lệ nghịch với khối lượng. Điều này khiến đề xuất gây tranh cãi của Jacob Bekestein, rằng mỗi lỗ đen có một entropy hữu hạn, là hoàn toàn phù hợp, vì nó ngụ ý rằng mỗi lỗ đen có thể cân bằng nhiệt ở một nhiệt độ hữu hạn nào đó khác zero.

Kể từ đó, bằng chứng toán học rằng các lỗ đen phát ra bức xạ nhiệt đã được xác nhận bởi một số người khác với những cách tiếp cận khác hẳn. Một cách hiểu sự phát xạ ấy là như sau. Cơ học lượng tử ngụ ý rằng toàn bộ không gian chứa đầy những cặp hạt và phản hạt ảo không ngớt vật chất hóa thành từng cặp, tách ra rồi kết hợp trở lại, và hủy lẫn nhau. Các hạt này được gọi là ảo bởi vì, không giống như các hạt thật, chúng không thể được quan sát trực tiếp bởi một detector hạt. Tuy vậy, các hiệu ứng gián tiếp của chúng thì có thể đo được, và sự tồn tại của chúng đã được xác nhận bởi một dịch chuyển nhỏ, gọi là dịch chuyển Lamb, mà chúng tạo ra trong năng lượng phổ ánh sáng phát ra từ các nguyên tử hydrogen kích thích. Bây giờ, trong sự hiện diện của một lỗ đen, một thành viên của cặp hạt ảo có thể rơi vào trong lỗ đen, để lại thành viên kia chẳng còn đối hạt để vướng vào hủy lẫn nhau. Hạt hay phản hạt bị bỏ rơi này có thể rơi vào trong lỗ đen theo sau đối hạt của nó, song nó cũng có thể thoát ra vô cùng, tại đó nó xuất hiện như là bức xạ do lỗ đen phát ra.

Một cách khác nhìn vào quá trình này là xét thành viên của cặp hạt rơi vào trong lỗ đen, ví dụ phản hạt, thật ra là một hạt đang du hành ngược thời gian. Như vậy, phản hạt đang rơi vào trong lỗ đen có thể xem là một hạt đang đi ra khỏi lỗ đen nhưng chuyển động ngược chiều thời gian. Khi hạt đi tới điểm tại đó cặp hạt-phản hạt vật chất hóa lúc ban đầu, nó bị tán xạ bởi trường hấp dẫn, thế nên nó chuyển động xuôi chiều thời gian. Một lỗ đen với khối lượng cỡ Mặt Trời sẽ làm rò rỉ các hạt ở một tốc độ chậm đến mức nó sẽ không thể nào được phát hiện. Tuy nhiên, có thể có những lỗ đen mini nhỏ hơn nhiều với khối lượng, nói ví dụ, bằng một ngọn núi. Những lỗ đen này có thể đã ra đời trong vũ trụ rất xa xưa nếu nó đã từng hỗn độn và không đồng nhất. Một lỗ đen cỡ ngọn núi sẽ phát ra tia X và tia gamma, ở tốc độ chừng mười triệu mega-watt, đủ để cấp điện cho toàn thế giới. Tuy nhiên, sẽ chẳng dễ gì khai thác một lỗ đen mini. Bạn không thể giữ nó trong nhà máy điện bởi vì nó sẽ rơi xuyên qua sàn nhà và đi thẳng tới tâm Trái Đất. Giả sử chúng ta có một lỗ đen như thế, thì cách duy nhất giữ được nó là đặt nó vào quỹ đạo xung quanh Trái Đất.

Người ta đã tìm kiếm các lỗ đen mini cỡ khối lượng này, nhưng cho đến nay vẫn chưa tìm thấy gì. Đây là một điều đáng tiếc bởi vì, giả như họ tìm thấy, thì tôi đã giành Giải Nobel rồi. Tuy nhiên, một khả năng khác là có lẽ chúng ta có khả năng tạo ra các vi lỗ đen trong các chiều dư của không-thời gian. Theo một số lí thuyết, vũ trụ mà chúng ta trải nghiệm chỉ là một bề mặt bốn chiều trong một không gian mười hoặc mười một chiều. Bộ phim Interstellar đưa ra một số ý tưởng giúp hình dung điều này. Chúng ta sẽ không nhìn thấy các chiều dư này, bởi vì ánh sáng sẽ không truyền qua chúng mà chỉ truyền qua bốn chiều của vũ trụ của chúng ta. Tuy nhiên, lực hấp dẫn sẽ ảnh hưởng đến các chiều dư đó, và sẽ mạnh hơn nhiều trong vũ trụ của chúng ta. Điều này sẽ khiến cho việc tạo ra một tiểu lỗ đen trong các chiều dư là dễ hơn nhiều. Ta có thể quan sát điều này tại LHC, Máy Va chạm Hadron Lớn, tại CERN ở Thụy Sĩ. Cỗ máy này gồm một đường hầm tròn, chiều dài hai mươi bảy kilo-mét. Hai chùm hạt chuyển động vòng quanh đường hầm này theo hai chiều ngược nhau và được làm cho va chạm nhau. Một số va chạm có thể tạo ra các vi lỗ đen. Các lỗ đen này sẽ phát ra các hạt theo một khuôn mẫu dễ dàng nhận ra được. Thế nên, suy cho cùng tôi có thể giành Giải Nobel đó chứ.*

Khi các hạt thoát ra khỏi một lỗ đen, lỗ đen đó sẽ mất khối lượng và co lại. Điều này sẽ làm tăng tốc độ phát ra các hạt. Cuối cùng, lỗ đen sẽ mất hết toàn bộ khối lượng của nó và biến mất. Vậy điều này xảy ra với tất cả các hạt và các phi hành gia xui xẻo rơi vào trong lỗ đen đó? Họ đâu thể nhảy ra trở lại khi lỗ đen biến mất. Các hạt đi ra khỏi lỗ đen có vẻ hoàn toàn là ngẫu nhiên và chẳng cung cấp liên hệ nào cho cái đã rơi vào. Dường như thông tin về cái đã rơi vào bị mất hẳn, ngoại trừ tổng khối lượng và tổng chuyển động quay. Thế nhưng nếu thông tin bị mất đi, thì điều này làm phát sinh một vấn đề nghiêm trọng chạm tới trung tâm nhận thức của chúng ta về khoa học. Trong hơn 200 năm trời, chúng ta tin tưởng vào tất định luận khoa học – nghĩa là, tin rằng các định luật khoa học định đoạt sự tiến hóa của vũ trụ.

Nếu thông tin thật sự mất đi trong các lỗ đen, thì chúng ta sẽ không thể dự báo tương lai, bởi vì mỗi lỗ đen có thể phát ra bất kì tập hợp hạt nào. Nó có thể phát ra một bộ ti vi đang hoạt động hay một quyển bìa da trong số các tác phẩm hoàn chỉnh của Shakespeare, dù rằng xác suất của những phát xạ lạ lùng như thế là rất thấp. Khả năng cao hơn nhiều là nó phát ra bức xạ nhiệt, giống như ánh chói từ kim loại nóng đỏ. Có vẻ như chẳng vấn đề gì hệ trọng nếu chúng ta không thể dự đoán cái gì thoát ra khỏi các lỗ đen. Chẳng có lỗ đen nào ở gần chúng ta cả. Song đó là một vấn đề trên nguyên tắc. Nếu tất định luận, khả năng dự đoán vũ trụ, sụp đổ cùng với các lỗ đen, thì nó có thể sụp đổ trong những tình huống khác. Có thể có những lỗ đen ảo xuất hiện như các thăng giáng của chân không, hấp thu một tập hợp hạt, phát ra một tập hợp khác rồi biến mất vào chân không trở lại. Tệ hơn nữa, nếu tất định luận sụp đổ, thì chúng ta cũng không thể chắc chắn về lịch sử quá khứ của chúng ta. Các quyển sách lịch sử và kí ức của chúng ta có thể chỉ là ảo giác. Chính quá khứ cho chúng ta biết chúng ta là ai. Không có quá khứ, chúng ta đánh mất danh tính của mình.

Vì thế, điều rất quan trọng là xác định xem thông tin có thật sự bị mất trong các lỗ đen hay không, hoặc trên nguyên tắc nó có thể hồi phục hay không. Nhiều nhà khoa học cảm thấy thông tin sẽ không mất đi, nhưng năm tháng trôi qua chẳng ai đề xuất được một cơ chế để nó được bảo toàn. Sự thất thoát thông tin biểu kiến này, gọi là nghịch lí thông tin, đã gây phiền muộn cho các nhà khoa học trong bốn mươi năm qua, và vẫn là một trong những vấn đề to lớn nhất chưa được giải quyết trong vật lí lí thuyết.

Mới đây, niềm hứng thú với các giải pháp khả dĩ của nghịch lí thông tin đã hồi sinh khi các khám phá mới được thực hiện về việc thống nhất lực hấp dẫn và cơ học lượng tử. Trọng tâm của những đột phá mới này là việc tìm hiểu các đối xứng của không-thời gian.

Giả sử không có lực hấp dẫn và không-thời gian hoàn toàn phẳng. Điều này sẽ giống như một sa mạc hoàn toàn phẳng phiu. Một nơi như thế có hai loại đối xứng. Thứ nhất được gọi là đối xứng tịnh tiến. Nếu bạn di chuyển từ điểm này trong sa mạc đến điểm kia, thì bạn sẽ để ý thấy chẳng có chút thay đổi nào. Đối xứng thứ hai là đối xứng quay. Nếu bạn đứng tại đâu đó trong sa mạc và bắt đầu quay lòng vòng, một lần nữa bạn sẽ để ý thấy chẳng có chút khác biệt nào ở cái bạn nhìn thấy. Các đối xứng này cũng được tìm thấy trong không-thời gian phẳng, không-thời gian người ta tìm thấy khi chẳng có chút vật chất nào hiện diện.

Nếu người ta đưa thứ gì đó vào sa mạc này, thì các đối xứng này sẽ bị phá vỡ. Giả sử có một ngọn núi, một bệ đá và vài bụi xương rồng trong sa mạc, nó sẽ trông khác nhau ở những nơi khác nhau và theo những hướng khác nhau. Điều tương tự đúng với không-thời gian. Nếu người ta đưa các vật thể vào không-thời gian, thì đối xứng tịnh tiến và đối xứng quay bị phá vỡ. Và việc đưa các vật vào không-thời gian là cái gây ra lực hấp dẫn.

Mỗi lỗ đen là một vùng không-thời gian trong đó lực hấp dẫn mạnh, không-thời gian bị biến dạng dữ dội và vì thế người ta kì vọng các đối xứng của nó bị phá vỡ. Tuy nhiên, khi người ta đi ra xa lỗ đen đó, độ cong của không-thời gian càng lúc càng giảm dần. Ở rất xa lỗ đen, không-thời gian trông rất giống với không-thời gian phẳng.

Trở lại thập niên 1960, Hermann Bondi, A.W. Kenneth Metzner, M.G.J. van der Burg và Rainer Sachs đã tiến hành một khám phá thật sự nổi bật rằng không-thời gian ở xa bất kì vật chất nào có một tập hợp vô hạn các đối xứng gọi là siêu tịnh tiến. Mỗi đối xứng này gắn liền với một đại lượng được bảo toàn, gọi là các tích siêu tịnh tiến. Một đại lượng bảo toàn là một đại lượng không thay đổi khi một hệ diễn tiến. Đây là các khái quát hóa của những đại lượng bảo toàn quen thuộc hơn. Ví dụ, nếu không-thời gian không thay đổi theo thời gian, thì năng lượng được bảo toàn. Nếu không-thời gian trông y hệt nhau ở mọi điểm trong không gian, thì động lượng được bảo toàn.

Cái nổi bật ở khám phá về các siêu tịnh tiến là có vô số đại lượng được bảo toàn ở xa một lỗ đen. Chính các định luật bảo toàn này đã đem lại cái nhìn sâu sắc khác thường và ngoài trông đợi vào các quá trình trong vật lí học hấp dẫn.

Vào năm 2016, cùng với các cộng sự của tôi, Malcolm Perry và Andy Strominger, tôi đang nghiên cứu việc sử dụng các kết quả mới này cùng với các đại lượng bảo toàn gắn liền của chúng để tìm một giải pháp khả dĩ cho nghịch lí thông tin. Chúng ta biết rằng ba tính chất thấy rõ của các lỗ đen là khối lượng của chúng, điện tích của chúng, và moment động lượng của chúng. Đây là các tích cổ điển đã được hiểu trong một thời gian dài. Tuy nhiên, các lỗ đen còn mang một tích siêu tịnh tiến. Vì thế, có lẽ các lỗ đen sở hữu nhiều thứ hơn so với chúng ta nghĩ lúc ban đầu. Chúng không trọc đầu hay chỉ loe hoe ba sợi tóc, mà thật ra chúng có một lượng tóc siêu tịnh tiến rất lớn.

Sợi tóc siêu tịnh tiến này có thể mã hóa một số thông tin về cái ở bên trong một lỗ đen. Có khả năng các tích siêu tịnh tiến này không chứa toàn bộ thông tin, song phần còn lại có thể được lí giải bởi một số đại lượng bảo toàn khác, các tích siêu quay, gắn liền với một số đối xứng liên quan khác gọi là các đối xứng siêu quay, cho đến nay chúng vẫn chưa được hiểu rõ. Nếu đúng vậy, và toàn bộ thông tin về một lỗ đen có thể được hiểu theo “các sợi tóc” của nó, thì có lẽ chẳng hề có sự thất thoát thông tin nào hết. Các ý tưởng này vừa được xác nhận cùng với những tính toán mới đây nhất của chúng tôi. Strominger, Perry và tôi, cùng với một sinh viên mới ra trường, Sasha Haco, vừa phát hiện thấy các tích siêu quay này giải thích cho toàn bộ entropy của mọi lỗ đen. Cơ học lượng tử tiếp tục đúng, và thông tin được lưu trữ trên chân trời, tức là bề mặt của lỗ đen.

Các lỗ đen vẫn được đặc trưng chỉ bởi khối lượng toàn phần, điện tích và spin của chúng, nhìn từ bên ngoài chân trời sự kiện, còn chính chân trời sự kiện chứa đựng thông tin cần thiết để cho chúng ta biết về cái đã rơi vào trong lỗ đen theo một cách vượt quá ba đặc trưng này mà lỗ đen có. Người ta vẫn đang nghiên cứu các vấn đề này và do đó nghịch lí thông tin vẫn chưa được giải quyết. Thế nhưng tôi lạc quan rằng chúng ta đang sắp tiến tới một lời giải. Hãy chờ xem nhé.

---

* Giải Nobel không trao cho người đã mất, nên thật đáng tiếc tham vọng này sẽ không bao giờ thành hiện thực.

Phải chăng rơi vào trong lỗ đen là chuyện xấu đối với một nhà du hành vũ trụ?

Chắc chắn là chuyện xấu. Nếu nó là một lỗ đen khối lượng sao, thì bạn sẽ bị làm thành mì spaghetti trước khi đi tới chân trời sự kiện. Mặt khác, nếu nó là một siêu lỗ đen, thì bạn sẽ băng qua chân trời sự kiện dễ dàng, nhưng bạn bị nén mất tiêu tại điểm kì dị.

Chương 6

CÓ THỂ DU HÀNH THỜI GIAN KHÔNG?

Trong khoa học viễn tưởng, không gian và thời gian bẻ cong là chuyện thường tình. Chúng được sử dụng cho các chuyến đi tốc hành vòng quanh thiên hà hay đi xuyên thời gian. Song chuyện hư cấu khoa học của ngày hôm nay thường là sự thật khoa học của ngày mai. Vậy thì xác suất để du hành thời gian là bao nhiêu?

Ý tưởng rằng không gian và thời gian có thể bẻ cong hoặc cuộn lại mới xuất hiện trong thời gian gần đây. Trong hơn 2.000 năm, các tiên đề của hình học Euclid được xem là hiển nhiên. Như những ai trong số các bạn từng phải học hình học ở nhà trường có lẽ còn nhớ, một trong những hệ quả của các tiên đề này là các góc của một tam giác cộng lại bằng 180 độ.

Tuy nhiên, trong thế kỉ vừa qua, người ta bắt đầu nhận ra rằng có thể có những dạng hình học khác trong đó các góc của một tam giác cộng lại không nhất thiết bằng 180 độ. Chẳng hạn, xét bề mặt của Trái Đất. Thứ gần nhất với một đường thẳng trên bề mặt Trái Đất là cái chúng ta gọi là một vòng tròn lớn. Đây là các đường đi ngắn nhất giữa hai điểm nên chúng là lộ trình mà các máy bay sử dụng. Bây giờ xét tam giác trên mặt đất làm bởi đường xích đạo, đường kinh độ 0 đi qua London và đường kinh độ 90 độ đông đi qua Bangladesh. Hai đường kinh độ gặp đường xích đạo với một góc vuông, hay 90 độ. Hai đường kinh độ cũng gặp nhau tại Cực Bắc ở một góc vuông, hay 90 độ. Như vậy người ta có một tam giác với ba góc vuông. Các góc của tam giác này cộng lại bằng 270 độ, rõ ràng lớn hơn 180 độ đối với một tam giác trên mặt phẳng. Nếu người ta vẽ một tam giác trên một mặt hình yên ngựa, thì người ta sẽ thấy các góc cộng lại nhỏ hơn 180 độ.

Bề mặt Trái Đất là cái gọi là một mặt phẳng hai chiều. Nghĩa là, bạn có thể di chuyển trên bề mặt Trái Đất theo hai chiều vuông góc với nhau: bạn có thể di chuyển bắc-nam hoặc đông-tây. Nhưng tất nhiên có một chiều thứ ba vuông góc với hai chiều này và đó là chiều lên-xuống. Nói cách khác, bề mặt Trái Đất tồn tại trong không gian ba chiều. Không gian ba chiều ấy là phẳng. Tức là nói nó tuân theo hình học Euclid. Các góc của một tam giác cộng lại bằng 180 độ. Tuy nhiên, người ta có thể hình dung một chủng sinh vật hai chiều có thể di chuyển trên bề mặt Trái Đất nhưng không thể trải nghiệm chiều thứ ba hướng lên hoặc xuống. Chúng sẽ không biết về không gian ba chiều phẳng trong đó bề mặt Trái Đất cư trú. Đối với chúng không gian sẽ uốn cong và hình học sẽ là phi Euclid.

Thế nhưng y hệt như người ta có thể nghĩ về những sinh vật hai chiều sinh sống trên bề mặt Trái Đất, người ta có thể tưởng tượng rằng không gian ba chiều trong đó chúng ta cư trú là bề mặt của một quả cầu trong một chiều khác mà chúng ta không nhìn thấy. Nếu quả cầu ấy rất lớn thì không gian sẽ gần như phẳng và hình học Euclid sẽ là một gần đúng rất tốt trên những khoảng cách nhỏ. Nhưng chúng ta sẽ để ý thấy rằng hình học Euclid sụp đổ trên những khoảng cách lớn. Một minh họa cho hình ảnh tưởng tượng này là một đội thợ sơn đang sơn bề mặt của một quả cầu lớn.

Khi bề dày của lớp sơn tăng lên, diện tích bề mặt sẽ tăng lên. Nếu quả cầu đó ở trong một không gian ba chiều phẳng thì người ta có thể tiếp tục sơn hoài hoài và quả cầu sẽ to càng thêm to. Tuy nhiên, nếu không gian ba chiều ấy thật ra là bề mặt của một quả cầu trong một chiều khác, thì thể tích của nó sẽ lớn nhưng hữu hạn. Khi người ta thêm nhiều lớp sơn nữa thì cuối cùng quả cầu sẽ choán đầy một nửa không gian. Sau đó, các thợ sơn sẽ nhận thấy họ bị kẹt lại trong một vùng có kích cỡ nhỏ dần, và hầu như toàn bộ không gian sẽ bị chiếm giữ bởi quả cầu và các lớp sơn của nó. Vì thế họ sẽ biết được rằng họ đang cư trú trong một không gian cong chứ không phải không gian phẳng.

Ví dụ này cho thấy người ta không thể suy luận ra hình học về thế giới từ những nguyên lí đầu tiên như những người Hi Lạp cổ đại từng nghĩ. Thay vậy, người ta phải đo đạc không gian mà chúng ta cư trú trong đó và tìm kiếm hình học của nó bằng thí nghiệm. Tuy nhiên, mặc dù một cách mô tả không gian cong đã được phát triển bởi người Đức Bernhard Riemann vào năm 1854, nhưng trong sáu mươi năm trời nó vẫn chỉ là một thủ thuật toán học. Người ta có thể mô tả các không gian cong trong trừu tượng, song dường như chẳng có lí do gì để không gian vật lí mà chúng ta cư trú trong đó phải là cong. Lí do này chỉ xuất hiện vào năm 1915 khi Einstein thiết lập thuyết tương đối rộng của ông.

Thuyết tương đối rộng là một cuộc cách mạng nhận thức chính yếu đã làm biến chuyển cách chúng ta nghĩ về vũ trụ. Nó là một lí thuyết không chỉ về không gian cong mà còn về thời gian cong hay thời gian cuộn lại nữa. Einstein đã nhận ra vào năm 1905 rằng không gian và thời gian vốn kết nối với nhau, đó là khi thuyết tương đối hẹp của ông ra đời, liên hệ không gian và thời gian với nhau. Người ta có thể mô tả tọa độ của một sự kiện bằng bốn con số. Ba con số mô tả vị trí của sự kiện. Chúng có thể là bao nhiêu dặm về phía đông bắc của Rạp xiếc Oxford và cao bao nhiêu trên mực nước biển. Ở quy mô lớn hơn, chúng có thể là vĩ độ và kinh độ thiên hà và khoảng cách đến tâm thiên hà.

Con số thứ tư là thời điểm của sự kiện. Như vậy người ta có thể nghĩ về không gian và thời gian chung với nhau như một thực thể bốn chiều gọi là không-thời gian. Mỗi điểm của không-thời gian được gắn nhãn bởi bốn con số chỉ rõ vị trí của nó trong không gian và trong thời gian. Kết hợp không gian và thời gian thành không-thời gian bằng cách này sẽ khá tầm thường nếu người ta có thể gỡ chúng ra theo một cách duy nhất. Thế tức là nói có một cách duy nhất xác định thời điểm và vị trí của mỗi sự kiện. Tuy nhiên, trong một bài báo nổi bật vào năm 1905 khi ông còn là một viên thư kí tại sở cấp bằng sáng chế Thụy Sĩ, Einstein đã chỉ ra rằng thời điểm và vị trí tại đó người ta nghĩ một sự kiện xảy ra phụ thuộc vào cách người đó đang chuyển động. Điều này có nghĩa là không gian và thời gian gắn kết với nhau không thể tách rời.

Các thời điểm mà các nhà quan sát khác nhau gán cho các sự kiện sẽ ăn khớp với nhau nếu các nhà quan sát đó không chuyển động tương đối so với nhau. Nhưng họ sẽ càng bất đồng với nhau nếu tốc độ tương đối của họ càng lớn. Vì thế người ta có thể đặt câu hỏi rằng liệu một người phải chuyển động bao nhanh để thời điểm do nhà quan sát này nhìn thấy nằm lùi ra sau thời điểm do nhà quan sát kia nhìn thấy. Lời đáp có trong bài thơ hài sau đây:

Có cô gái trẻ tên Wight
Đi nhanh hơn cả ánh sáng ban ngày
Cô khởi hành vào một ngày nọ
Trên con đường tương đối nhọ
Và đến nơi vào đêm hôm trước.

Vì thế, toàn bộ những gì chúng ta cần để du hành thời gian là một phi thuyền vũ trụ sẽ chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Thật không may, trong chính bài báo đó Einstein chỉ ra rằng công suất tên lửa để gia tốc phi thuyền vũ trụ sẽ trở nên lớn hơn và lớn hơn nữa khi nó tiến gần đến tốc độ ánh sáng hơn. Vì thế sẽ cần một lượng công suất vô hạn để gia tốc vượt quá tốc độ ánh sáng.

Bài báo năm 1905 của Einstein có vẻ loại trừ khả năng du hành thời gian về quá khứ. Nó cũng chỉ ra rằng việc du hành không gian đến các vì sao khác sẽ là một công việc rất chậm chạp và nhàm chán. Nếu người ta không thể đi nhanh hơn ánh sáng, thì chuyến đi khứ hồi từ chúng ta đến ngôi sao gần nhất sẽ tốn ít nhất tám năm và đến tâm thiên hà là khoảng 50.000 năm. Nếu phi thuyền vũ trụ chuyển động rất gần tốc độ ánh sáng, thì dường như đối với những người trên phi thuyền chuyến đi đến tâm thiên hà chỉ tốn khoảng vài năm. Nhưng điều đó chẳng an ủi bao nhiêu nếu mọi người bạn quen biết đều đã chết hết và đã bị lãng quên từ hàng nghìn năm trước khi bạn quay về. Kịch bản đó cũng chẳng hay cho các nhà văn viết tiểu thuyết khoa học giả tưởng, thành ra các nhà văn phải tìm cách giải quyết khó khăn này.

Vào năm 1915, Einstein chỉ ra rằng các hiệu ứng của lực hấp dẫn có thể được mô tả bằng cách giả sử rằng không-thời gian bị bẻ cong hay bị biến dạng bởi vật chất và năng lượng ở trong nó, và lí thuyết này được gọi là thuyết tương đối rộng. Chúng ta thật sự có thể quan sát sự bẻ cong này của không-thời gian do khối lượng của Mặt Trời gây ra trong sự uốn cong chút ít của ánh sáng hoặc sóng vô tuyến đi qua gần Mặt Trời.

Điều này làm cho vị trí biểu kiến của ngôi sao hay nguồn vô tuyến xê dịch chút ít khi Mặt Trời nằm giữa Trái Đất và nguồn đó. Sự xê dịch này rất nhỏ, khoảng một phần nghìn của một độ, tương đương với chuyển động của một inch ở cự li một dặm. Tuy nhiên, nó có thể được đo với độ chuẩn xác tốt và nó phù hợp với các dự đoán của thuyết tương đối rộng. Chúng ta có bằng chứng thực nghiệm rằng không gian và thời gian bị bẻ cong.

Lượng bẻ cong trong vùng láng giềng của chúng ta là rất nhỏ bởi vì tất cả các trường hấp dẫn trong hệ mặt trời là yếu. Tuy nhiên, chúng ta biết rằng các trường rất mạnh có thể xuất hiện, ví dụ trong Big Bang hay trong các lỗ đen. Thế liệu không gian và thời gian có bị bẻ cong đủ mức để đáp ứng yêu cầu từ khoa học giả tưởng cho các thứ như động cơ siêu không gian, lỗ sâu đục hay du hành thời gian? Thoạt nhìn thì dường như tất cả những điều này đều có thể. Ví dụ, vào năm 1948, Kurt Gödel đã tìm ra một nghiệm cho các phương trình trường Einstein của thuyết tương đối rộng biểu diễn một vũ trụ trong đó toàn bộ vật chất đang quay tròn. Trong vũ trụ này, bạn có thể bay đi trong một phi thuyền vũ trụ rồi trở về trước khi bạn khởi hành. Gödel khi ấy làm việc tại Viện Nghiên cứu Cao Cấp ở Princeton, nơi Einstein cũng ở trong những năm cuối đời. Ông còn nổi tiếng hơn với việc chứng minh rằng bạn không thể chứng minh mọi thứ là đúng, dù là trong một lĩnh vực rõ là đơn giản như số học. Thế nhưng cái ông chứng minh về thuyết tương đối rộng cho phép du hành thời gian thật sự khiến Einstein không vui, bởi Einstein nghĩ rằng đó là không thể.

Ngày nay chúng ta biết rằng nghiệm của Gödel không thể biểu diễn vũ trụ trong đó chúng ta cư trú bởi vì nó không giãn nở. Nó cũng có giá trị khá lớn đối với một đại lượng gọi là hằng số vũ trụ học thường được cho là rất nhỏ. Tuy nhiên, các nghiệm khác rõ ràng hợp lí hơn cho phép du hành thời gian đã được tìm ra sau đó. Một nghiệm đặc biệt thú vị đến từ một cách tiếp cận gọi là lí thuyết dây chứa hai dây vũ trụ chuyển động qua nhau ở một tốc độ rất gần nhưng hơi nhỏ hơn tốc độ ánh sáng. Dây vũ trụ là một ý tưởng sáng giá của vật lí lí thuyết mà các nhà văn khoa học giả tưởng thật sự chưa bắt kịp. Như tên gọi của chúng cho thấy, chúng giống dây ở chỗ chúng có độ dài song có một tiết diện tí hon. Thật ra thì chúng giống các dải băng cao su hơn, vì chúng chịu được sức căng vô cùng lớn, đại loại chừng một trăm tỉ tỉ tỉ tấn. Một dây vũ trụ gắn với Mặt Trời sẽ gia tốc từ con số không lên sáu mươi trong một phần ba mươi của một giây.

Các dây vũ trụ nghe có vẻ xa vời và thuần túy khoa học giả tưởng, song có những lí do khoa học hợp lí để tin rằng chúng có thể đã hình thành trong vũ trụ rất xa xưa không bao lâu sau Big Bang. Vì chúng chịu được sức căng lớn như thế nên người ta kì vọng chúng gia tốc đến gần bằng tốc độ ánh sáng.

Vũ trụ Gödel và không-thời gian dây vũ trụ chuyển động nhanh có điểm chung là chúng xuất hiện làm biến dạng và bẻ cong không-thời gian đến mức cuộn lại trên chính nó và du hành vào quá khứ luôn luôn là có thể. Có lẽ Chúa đã tạo ra một vũ trụ bẻ cong như thế, nhưng chúng ta chẳng có lí do gì để nghĩ rằng ngài đã làm. Toàn bộ bằng chứng là vũ trụ đã hiện ra trong Vụ Nổ Lớn mà không có kiểu bẻ cong cần thiết để cho phép du hành về quá khứ. Vì thế chúng ta không thể làm thay đổi cách vũ trụ ra đời, câu hỏi du hành thời gian là có thể hay không là câu hỏi liệu chúng ta có thể làm cho không-thời gian bẻ cong đến mức người ta có thể đi về quá khứ hay không. Tôi nghĩ đây là một đề tài quan trọng để nghiên cứu, song người ta phải thận trọng kẻo không sẽ bị cho là lập dị. Nếu một ai đó đệ đơn xin làm nghiên cứu về du hành thời gian, nó sẽ bị bác bỏ ngay tức thì. Không cơ quan chính phủ nào chịu trợ cấp công quỹ cho thứ gì đó lãng phí như du hành thời gian cả. Thay vậy, người ta phải sử dụng các thuật ngữ chuyên môn như các đường cong kín giống-thời gian, đó là mã khóa cho du hành thời gian. Thế nhưng nó là một câu hỏi rất nghiêm túc. Vì thuyết tương đối rộng có thể cho phép du hành thời gian, vậy nó có cho phép du hành thời gian trong vũ trụ của chúng ta hay không? Và nếu không, thì tại sao không?

Liên hệ gần gũi với du hành thời gian là khả năng đi tốc hành từ nơi này đến nơi khác trong không gian. Như tôi đã nói ở phần trước, Einstein đã chỉ ra rằng sẽ cần một lượng công suất tên lửa vô hạn để gia tốc một phi thuyền vũ trụ vượt quá tốc độ ánh sáng. Vì thế cách duy nhất để đi từ phía bên này thiên hà đến phía bên kia trong một thời gian hợp lí dường như sẽ là nếu chúng ta có thể bẻ cong không-thời gian nhiều đến mức chúng ta tạo một cái ống nhỏ hay một lỗ sâu đục. Cái lỗ này có thể kết nối hai phía của thiên hà và tác dụng như một lối tắt để đi từ nơi này đến kia và quay lại trong khi bạn bè của bạn vẫn còn sống. Các lỗ sâu đục như thế đã được đề xuất một cách nghiêm túc là nằm trong năng lực của một nền văn minh tương lai. Thế nhưng nếu bạn có thể đi từ phía này sang phía kia của thiên hà trong vòng một hai tuần thì bạn có thể đi về qua một lỗ sâu đục khác và về đến nơi trước khi bạn khởi hành. Bạn còn có thể làm chủ việc du hành ngược thời gian với một lỗ sâu đục duy nhất nếu hai đầu của nó đang chuyển động tương đối với nhau.

Người ta có thể chứng minh rằng để tạo ra một lỗ sâu đục người ta cần bẻ cong không-thời gian theo một cách ngược lại với cách theo đó vật chất bình thường bẻ cong nó. Vật chất bình thường bẻ cong không-thời gian lên chính nó, giống như bề mặt của Trái Đất. Tuy nhiên, để tạo ra một lỗ sâu đục người ta cần vật chất bẻ cong không-thời gian theo cách ngược lại, giống như mặt yên ngựa. Điều tương tự đúng với bất kì cách bẻ cong không-thời gian nào khác cho phép du hành về quá khứ nếu vũ trụ lúc ra đời đã không bẻ cong đến mức nó cho phép du hành thời gian. Cái người ta cần sẽ là vật chất có khối lượng âm và mật độ năng lượng âm để làm cho không-thời gian bẻ cong theo cách cần thiết.

Năng lượng có chút giống với tiền bạc. Nếu bạn có số dư ngân hàng dương, thì bạn có thể xài nó tùy ý. Nhưng, theo các định luật cổ điển mà chúng ta tin tưởng mãi cho đến thời gian rất gần đây, bạn không được phép có thấu chi năng lượng. Do đó, các định luật cổ điển này sẽ loại trừ việc có thể bẻ cong vũ trụ theo một cách cần thiết để cho phép du hành thời gian. Tuy nhiên, các định luật cổ điển đã bị đánh đổ bởi thuyết lượng tử, đó là một cuộc cách mạng vĩ đại khác nữa trong bức tranh của chúng ta về vũ trụ, ngoài thuyết tương đối. Thuyết lượng tử dễ dãi hơn và nó cho phép bạn được thấu chi ở một hai tài khoản. Chỉ cần các ngân hàng đang hợp tác với nhau. Nói cách khác, thuyết lượng tử cho phép mật độ năng lượng là âm ở một số nơi, miễn là nó dương ở những nơi khác.

Lí do thuyết lượng tử có thể cho phép mật độ năng lượng âm là vì nó dựa trên Nguyên lí Bất định. Nguyên lí này nói rằng những đại lượng nhất định như vị trí và tốc độ của một hạt không thể đồng thời có giá trị rạch ròi. Vị trí của một hạt được xác định càng chính xác, thì độ bất định về tốc độ của nó càng lớn, và ngược lại. Nguyên lí Bất định còn áp dụng được cho các trường như trường điện từ hay trường hấp dẫn. Nó ngụ ý rằng các trường này không thể chính xác bằng zero ngay cả trong cái chúng ta nghĩ là không gian trống rỗng. Vì nếu chúng chính xác bằng zero thì giá trị của chúng sẽ vừa có một giá trị rõ ràng bằng zero và một tốc độ rõ ràng cũng bằng zero. Đây sẽ là một vi phạm của Nguyên lí Bất định. Thay vậy, các trường sẽ phải có một lượng thăng giáng tối thiểu nhất định. Người ta có thể lí giải những cái gọi là thăng giáng chân không này dưới dạng các cặp hạt và phản hạt bất ngờ xuất hiện cùng lúc, chuyển động ra xa và rồi gặp nhau trở lại và hủy nhau.

Các cặp hạt-phản hạt này được nói là ảo bởi vì người ta không thể đo chúng trực tiếp bằng một detector hạt. Tuy nhiên, người ta có thể gián tiếp quan sát các hiệu ứng của chúng. Một cách làm như vậy là thông qua cái gọi là hiệu ứng Casimir. Hãy tưởng tượng bạn có hai tấm kim loại song song nhau, đặt cách nhau một khoảng nhỏ. Hai tấm đó tác dụng như hai cái gương đối với các hạt và phản hạt ảo. Điều này có nghĩa là vùng ở giữa hai tấm đó có chút na ná như một ống cơ quan và chỉ chấp nhận những sóng ánh sáng có những tần số cộng hưởng nhất định. Kết quả là ở giữa hai tấm số lượng thăng giáng chân không hay các hạt ảo hơi khác so với ở bên ngoài, nơi các thăng giáng chân không có thể có bước sóng bất kì. Sự chênh lệch số lượng hạt ảo ở giữa hai bản so với bên ngoài hai bản có nghĩa là chúng tác dụng áp suất lên mỗi bản yếu hơn so với bên ngoài tác dụng. Vì thế có một lực yếu đẩy hai bản vào với nhau. Lực này đã được đo trên thực nghiệm. Vậy nên, các hạt ảo thật sự tồn tại và tạo ra những hiệu ứng có thật.

Bởi vì ở giữa hai bản có số hạt ảo hay số thăng giáng chân không ít hơn, nên chúng có mật độ năng lượng thấp hơn so với vùng bên ngoài. Song mật độ năng lượng của không gian trống rỗng ở xa hai bản phải bằng zero. Nếu không nó sẽ làm bẻ cong không-thời gian và vũ trụ sẽ không gần như phẳng nữa. Vì thế mật độ năng lượng trong vùng ở giữa hai bản phải là âm.

Như vậy, chúng ta đã có bằng chứng thực nghiệm từ sự bẻ cong của ánh sáng rằng không-thời gian bị bẻ cong, và sự xác nhận từ hiệu ứng Casimir rằng chúng ta có thể bẻ cong nó theo chiều âm. Vậy nên có lẽ chúng ta đã tiến bộ về khoa học và công nghệ, chúng ta có thể xây dựng một lỗ sâu đục hay bẻ cong không gian và thời gian theo một cách nào đó khác để có thể đi về quá khứ của chúng ta. Nếu đúng vậy thì nó sẽ làm nảy sinh cả một nùi câu hỏi và vấn đề. Một trong số này là việc du hành thời gian vào tương lai là có thể hay không, tại sao chưa có ai đến từ tương lai cho chúng ta biết cách làm.

Dù rằng có những lí do hợp lí để giữ cho chúng ta trong tình trạng không biết gì, song bản tính con người đó là khó mà tin nổi rằng chưa có ai từng đến đây và mách bảo với những người nông dân dốt nát nghèo khổ về bí mật du hành thời gian. Tất nhiên, một số người sẽ quả quyết rằng chúng ta đã được thăm viếng từ tương lai. Họ sẽ nói rằng UFO đến từ tương lai và rằng các chính phủ đang vướng vào những âm mưu khủng khiếp nhằm che đậy chúng và giữ riêng cho họ kiến thức khoa học mà những vị khách này mang tới. Tất cả những gì tôi có thể nói là nếu các chính phủ đang che đậy gì đó thì họ đang làm dở tệ cái việc trích xuất thông tin hữu ích từ người ngoài hành tinh. Tôi rất hoài nghi các thuyết âm mưu, vì tôi tin rằng thuyết bừa bộn là có khả năng hơn. Các báo cáo chứng kiến UFO đều không thể có chung nguyên nhân ngoài hành tinh bởi vì chúng mâu thuẫn nhau. Thế nhưng, một khi bạn thừa nhận rằng một số người đã sai sót gì đó hay bị ảo giác, thì khả năng nào hợp lí hơn, liệu tất cả bọn họ đều bị ảo giác, hay chúng ta từng được thăm viếng bởi người đến từ tương lai hoặc từ phía bên kia của thiên hà? Nếu họ thật sự muốn chiếm cứ Trái Đất hay cảnh báo chúng ta về một hiểm họa nào đó, thì đang làm việc ấy không hiệu quả lắm.

Một cách khả dĩ để dung hòa du hành thời gian với thực tế chúng ta dường như chưa từng có bất kì vị khách nào đến từ tương lai là nói rằng sự du hành như thế chỉ có thể xảy ra trong tương lai. Theo quan điểm này người ta sẽ nói rằng không-thời gian trong quá khứ của chúng ta là cố định bởi vì chúng ta đã quan sát nó và thấy nó không bẻ cong đủ mức để cho phép du hành về quá khứ. Mặt khác, tương lai là rộng mở. Vì thế có lẽ chúng ta sẽ có thể bẻ cong nó đủ mức để cho phép du hành thời gian. Thế nhưng bởi vì chúng ta chỉ có thể bẻ cong không-thời gian trong tương lai, cho nên chúng ta sẽ không thể đi ngược trở về thời hiện tại hoặc sớm hơn.

Bức tranh này sẽ giải thích vì sao chúng ta chưa từng bị giày xéo bởi các vị khách đến từ tương lai. Nhưng nó sẽ để lại nhiều nghịch lí. Giả sử bạn có thể bay đi xa trong một phi thuyền tên lửa và quay trở về trước khi bạn xuất phát. Điều gì sẽ ngăn bạn cho tên lửa nổ tung trên bệ phóng của nó, hoặc ngăn bạn xuất phát lúc ban đầu? Có những phiên bản khác của nghịch lí này, giống như việc đi về quá khứ và giết bố mẹ bạn trước khi bạn ra đời, thế nhưng về cơ bản chúng là tương đương nhau. Có vẻ có hai giải pháp khả dĩ cho nghịch lí này.

Một là cái tôi sẽ gọi là cách tiếp cận các lịch sử nhất quán. Nó nói rằng người ta phải tìm một nghiệm nhất quán của các phương trình vật lí kể cả khi không-thời gian bị bẻ cong đến mức cho phép du hành về quá khứ. Theo quan điểm này bạn không thể cho một phi thuyền tên lửa đi về quá khứ trừ khi bạn đã trở lại và làm nổ tung bệ phóng nhưng không thành công. Đó là một bức tranh nhất quán, song nó có hàm ý rằng chúng ta hoàn toàn được định đoạt: chúng ta không thể thay đổi tâm trí của mình. Tự do ý chí là chẳng có.

Một khả năng nữa là cái tôi gọi là cách tiếp cận các lịch sử thay thế. Nó được bảo vệ bởi nhà vật lí David Deutsch và dường như nó là cái có sẵn trong đầu của tác giả Trở lại Tương lai. Theo quan điểm này, trong một lịch sử thay thế sẽ không có bất kì sự trở về nào từ tương lai trước khi tên lửa rời bệ phóng và vì thế chẳng có khả năng nào để nó nổ tung. Thế nhưng khi nhà du hành trở về từ tương lai, anh ta đi vào một lịch sử thay thế khác. Trong lịch sử này, loài người đổ rất nhiều công sức chế tạo một phi thuyền vũ trụ nhưng ngay trước khi nó rời bệ phóng thì một phi thuyền giống như vậy, hiện ra từ bên kia của thiên hà và phá hủy nó.

David Deutsch tuyên bố ủng hộ phương pháp các lịch sử thay thế từ khái niệm lấy-tổng-các-lịch-sử được đưa ra bởi nhà vật lí Richard Feynmann. Ý tưởng là rằng theo thuyết lượng tử vũ trụ không hề có đúng một lịch sử duy nhất. Thay vậy, vũ trụ có mỗi lịch sử khả dĩ, mỗi lịch sử có xác suất riêng của nó. Phải có một lịch sử khả dĩ trong đó có một nền hòa bình lâu dài ở Trung Đông, mặc dù có lẽ xác suất là thấp.

Trong một số lịch sử, không-thời gian sẽ bị bẻ cong đến mức các vật như tên lửa có thể đi ngược về quá khứ của chúng. Song mỗi lịch sử là hoàn chỉnh và khép kín, mô tả không chỉ không-thời gian cong mà cả các vật ở trong nó nữa. Vì thế một tên lửa không thể di chuyển sang một lịch sử thay thế khác khi nó đi vòng trở lại. Nó vẫn ở trong lịch sử cũ, vì lịch sử ấy phải tự nhất quán. Do đó bất chấp những gì Deutsch tuyên bố, tôi nghĩ rằng ý tưởng lấy-tổng-các-lịch-sử ủng hộ giả thuyết các lịch sử nhất quán chứ không phải ý tưởng các lịch sử thay thế.

Bởi vậy, dường như chúng ta bị mắc kẹt với bức tranh các lịch sử nhất quán. Tuy nhiên, điều này không nhất thiết liên quan đến các vấn đề về tất định luận hay tự do ý chí nếu các xác suất là rất nhỏ đối với các lịch sử trong không-thời gian bẻ cong đến mức du hành thời gian là có thể trên một vùng vĩ mô. Đây là cái tôi gọi là Giả thuyết Bảo vệ Niên đại: các định luật vật lí mưu đồ ngăn cản du hành thời gian ở cấp vĩ mô.

Có vẻ như cái xảy ra là rằng khi không-thời gian bẻ cong gần như đủ để cho phép du hành về quá khứ thì các hạt ảo hầu như không thể trở thành hạt thật sau những quỹ đạo khép kín. Mật độ của các hạt ảo và năng lượng của chúng trở nên rất lớn. Điều này có nghĩa là xác suất của những lịch sử này là rất thấp. Như vậy, có vẻ như có một Cục Bảo vệ Niên đại đang hoạt động làm cho thế giới an toàn đối với các nhà sử học. Song đề tài về sự bẻ cong không gian và thời gian như thế này vẫn hãy còn trong giai đoạn trứng nước của nó. Theo một hình thức thống nhất của lí thuyết dây gọi là lí thuyết M, đó là hi vọng tốt nhất của chúng ta về việc thống nhất thuyết tương đối rộng với thuyết lượng tử, không-thời gian phải có mười một chiều, chứ không phải bốn chiều mà chúng ta trải nghiệm. Ý tưởng là rằng bảy trong số mười một chiều này đã cuộn lại thành một không gian nhỏ đến mức chúng ta không để ý đến chúng. Mặt khác, bốn chiều còn lại kia khá phẳng và là cái chúng ta gọi là không-thời gian. Nếu bức tranh này là đúng thì có khả năng sắp xếp để bốn chiều phẳng hòa quyện với bảy chiều bẻ cong hay uốn cong cao độ kia. Điều này sẽ dẫn tới đâu thì chúng ta chưa biết. Nhưng nó mở ra những khả năng đầy thú vị.

Tóm lại, theo hiểu biết hiện nay của chúng ta thì không thể bác bỏ sự du hành không gian tốc hành hay du hành ngược chiều thời gian. Chúng sẽ gây ra những vấn đề logic to lớn, vì thế hãy hi vọng có một Dự luật Bảo vệ Niên đại cấm người ta đi ngược thời gian và giết chết bố mẹ của họ. Thế nhưng các fan hâm mộ khoa học giả tưởng không cần thiết phải tan nát cõi lòng. Vẫn còn hi vọng ở lí thuyết M.

---

Có chỗ đứng nào trong buổi tiệc cho các nhà du hành thời gian hay không? Bạn có hi vọng ai đó sẽ xuất hiện không?

Vào năm 2009, tôi có tổ chức một buổi tiệc cho các nhà du hành thời gian tại nhiệm sở của tôi, Gonville and Caius ở Cambridge, cho một bộ phim nói về du hành thời gian. Để đảm bảo chỉ những nhà du hành thời gian chính cống xuất hiện, tôi đã chẳng gửi thư mời ai cho đến kết thúc buổi tiệc. Vào ngày tổ chức tiệc, tôi ngồi ở nhiệm sở nuôi hi vọng, nhưng chẳng ai đến cả. Tôi thật thất vọng, song không bất ngờ, vì tôi từng chứng minh rằng nếu thuyết tương đối là đúng và mật độ năng lượng là dương, thì du hành thời gian là không thể. Tôi sẽ thích thú lắm nếu một trong các giả thuyết của tôi hóa ra là sai.

Chương 7

CHÚNG TA SẼ SỐNG SÓT TRÊN TRÁI ĐẤT KHÔNG?

Vào tháng Giêng 2018, Bulletin of Atomic Scientists, một tạp chí được sáng lập bởi một số nhà vật lí từng làm việc với Dự án Manhattan chế tạo những vũ khí nguyên tử đầu tiên, đã điều chỉnh Đồng hồ Tận thế, phép đo của họ về mức sắp xảy ra thảm họa – quân sự hoặc môi trường – mà hành tinh của chúng ta đối mặt, tiến lên vạch hai phút trước nửa đêm.

Chiếc đồng hồ ấy có một lịch sử thú vị. Chuyện bắt đầu vào năm 1947, khi thời đại nguyên tử vừa mới chớm nở. Robert Oppenheimer, nhà khoa học chính cho dự án Manhattan, thổ lộ muộn màng về vụ nổ bom nguyên tử đầu tiên hai năm trước đó, vào tháng Bảy 1945, “Chúng tôi biết thế giới sẽ không còn như cũ nữa. Một vài người cười to, một vài kẻ khóc lóc, còn đa số mọi người im lặng. Tôi nhớ một dòng trích từ kinh sách Hindu, Bhagavad-Gita, ‘Lúc này đây, ta trở thành Thần Chết, kẻ hủy diệt thế giới’.”

Năm 1947, chiếc đồng hồ ấy được ấn định ban đầu là bảy phút trước nửa đêm. Lúc này nó ở gần Tận thế hơn bất kì thời khắc nào kể từ đó, kể cả đầu thập niên 1950 lúc khởi đầu Chiến tranh Lạnh. Tất nhiên chiếc đồng hồ và chuyển động của nó là hoàn toàn mang tính biểu trưng, song tôi cảm thấy xui khiến phải nó cho biết rõ rằng một sự cảnh báo như vậy từ các nhà khoa học khác, chí ít bị thôi thúc phần nào bởi sự thắng cử của Donald Trump, phải được xem xét nghiêm túc. Chiếc đồng hồ ấy, và ý tưởng rằng thời gian đang tích tắc trôi qua hay thậm chí đang cạn kiệt dần đối với nhân loại, là thực tế hay chỉ là thứ gây hoang mang sợ hãi mà thôi? Sự cảnh báo của nó là đúng lúc hay chỉ lãng phí thời gian?

Tôi có một niềm đam mê đậm nét cá nhân với thời gian. Trước hết, quyển sách bán chạy của tôi, và lí do chính khiến tôi nổi tiếng vượt khỏi biên giới của cộng đồng khoa học, có tựa đề là Lược sử Thời gian. Vì lẽ đó một số người có thể hình dung tôi là một chuyên gia về thời gian, mặc dù tất nhiên ngày nay một chuyên gia đâu nhất thiết là gì hay ho đâu. Thứ hai, là một kẻ hai mươi mốt tuổi nghe bác sĩ của mình nói rằng anh chỉ còn năm năm để mà sống, và anh ta sống dai đến bảy mươi sáu tuổi vào năm 2018, tôi đúng là một chuyên gia về thời gian nếu hiểu theo một nghĩa nào đó, một ý nghĩa rất mang tính cá nhân. Tôi nhận thức sâu sắc, không hề dễ chịu, về sự trôi qua của thời gian, và đã sống phần lớn cuộc đời của tôi với ý nghĩa rằng thời gian mà tôi được hưởng, theo lời họ nói, là được vay mượn.

Chẳng ai nghi ngờ gì chuyện thế giới của chúng ta bất ổn chính trị hơn bao giờ hết, theo kí ức của tôi. Số lượng lớn con người ta cảm thấy bị tụt hậu về kinh tế và xã hội. Vì thế, người ta đang chuyển hướng sang các chính khách dân túy – hay ít nhất là có tên tuổi, những người có kinh nghiệm hạn chế về chính quyền và có khả năng đưa ra những quyết sách bình tĩnh trong cơn khủng hoảng, những quyết sách chưa hề được kiểm tra trước. Thế có nghĩa là Đồng hồ Tận thế phải nhích gần hơn đến điểm trọng yếu, khi mà viễn cảnh về những thế lực tàn ác và bất lương thúc đẩy Armageddon lớn mạnh.

Trái Đất đang chịu đe dọa từ nhiều mặt như thế nên thật khó cho tôi lạc quan cho được. Các mối đe dọa ấy quá to lớn và quá đông đảo.

Thứ nhất, Trái Đất đang trở nên quá nhỏ bé đối với chúng ta. Các nguồn tài nguyên vật chất của chúng ta đã và đang bị hút cạn ở tốc độ đáng cảnh báo. Chúng ta đã đem lại cho hành tinh của mình một món quà thảm khốc đó là sự biến đổi khí hậu. Nhiệt độ đang tăng lên, sự suy giảm các chỏm băng ở hai cực, sự phá rừng, sự bùng nổ dân số, dịch bệnh, chiến tranh, hạn hán, thiếu nước ngọt và sự tàn sát muôn loài; tất cả những vấn đề này đều có thể giải quyết được song cho đến nay vẫn chưa được giải quyết.

Sự ấm lên toàn cầu là do tất cả chúng ta mà ra. Chúng ta muốn có xe hơi, muốn đi lại và có một tiêu chuẩn sống tốt hơn. Vấn đề là, khi người ta nhận thấy chuyện gì đang xảy ra, thì có lẽ đã quá muộn rồi. Vì chúng ta đứng bên bờ vực của một Thời đại Hạt nhân Thứ hai và một thời kì biến đổi khí hậu chưa có tiền lệ, nên các nhà khoa học có một trách nhiệm đặc biệt, một lần nữa, đó là thông báo cho công chúng và khuyên can các nhà lãnh đạo về những hiểm họa mà loài người đối mặt. Là nhà khoa học, chúng ta thấu hiểu các hiểm họa của vũ khí hạt nhân, cùng các hiệu lực hủy diệt của chúng, và chúng ta đang tìm hiểu xem các hoạt động và công nghệ của con người đang làm ảnh hưởng như thế nào đến các hệ thống khí hậu theo những kiểu có thể làm thay đổi mãi mãi sự sống trên Trái Đất. Là những công dân của thế giới, chúng ta có bổn phận chia sẻ kiến thức đó, và cảnh báo công chúng về những hiểm họa không nhất thiết mà chúng ta sống chung trong cuộc sống hằng ngày. Chúng ta thấy trước mối hiểm họa khôn lường nếu các chính phủ và xã hội không hành động ngay từ bây giờ, nhằm giải trừ các vũ khí hạt nhân đã hết hạn và ngăn cản sự biến đổi khí hậu tiếp tục xấu thêm.

Đồng thời, nhiều chính trị gia đang phủ nhận thực tế sự biến đổi khí hậu do con người gây ra, hoặc chí ít khả năng con người làm nó đảo ngược lại, khi mà thế giới của chúng ta đang đối mặt trước những thảm họa môi trường nghiêm trọng. Cái nguy hiểm là sự ấm lên toàn cầu có khả năng tự duy trì, nếu như nó đã không tự duy trì từ trước đến nay. Sự tan băng ở Bắc Cực và Nam Cực làm giảm tỉ lệ năng lượng Mặt Trời phản xạ trở lại vào không gian, và do đó làm tăng nhiệt độ thêm nữa. Sự biến đổi khí hậu có thể quét sạch Amazon cùng những cánh rừng nhiệt đới khác và do đó thủ tiêu một trong những phương thức chính trong đó carbon dioxide bị loại ra khỏi khí quyển. Sự tăng nhiệt độ biển có thể châm ngòi giải phóng những lượng lớn carbon dioxide. Cả hai hiện tượng này đều làm gia tăng hiệu ứng nhà kính, và vì thế làm trầm trọng thêm sự ấm lên toàn cầu. Cả hai hiệu ứng có thể biến khí hậu của chúng ta thành như của Kim tinh: nóng sôi sục và tuôn mưa acid sulphuric, với nhiệt độ 250 độ bách phân (482 độ Fahrenheit). Sự sống của con người sẽ không thể duy trì. Chúng ta cần đi xa hơn Hiệp định Kyoto, thỏa ước quốc tế được phê chuẩn vào năm 1997, và cắt giảm phát thải carbon ngay từ bây giờ. Chúng ta có công nghệ rồi. Chúng ta chỉ cần ý chí chính trị mà thôi.

Có thể chúng ta thiếu hiểu biết, không suy nghĩ nhiều. Khi chúng ta gặp phải những khủng hoảng tương tự trong lịch sử, thường thì luôn có nơi nào đó khác để khai phá. Columbus đã làm thế vào năm 1492 khi ông tìm thấy Tân Thế giới. Nhưng ngày nay chẳng còn tân thế giới nào hết. Chẳng có Utopia nào ở phía trước cả. Chúng ta đang cạn kiệt không gian và nơi duy nhất để đi là những thế giới khác.

Vũ trụ là một nơi khốc liệt. Các sao nhấm chìm các hành tinh, các siêu tân tinh tỏa ra các tia chết chóc đi khắp không gian, các lỗ đen va vào nhau và các tiểu hành tinh chao liệng hàng trăm dặm mỗi giây. Cứ cho là vậy, các hiện tượng này khiến không gian nghe chẳng mời gọi lắm, song đây là những lí do rất hợp lí vì sao chúng ta nên thám hiểm không gian thay vì cứ đứng nhìn. Một va chạm tiểu hành tinh sẽ là cái chúng ta không chống đỡ được. Cú va chạm lớn như thế gần đây nhất xảy ra chừng sáu mươi sáu triệu năm trước và được cho là đã tiêu diệt loài khủng long, và nó sẽ còn xảy ra lần nữa. Đây không phải hư cấu khoa học; nó được đảm bảo bởi các định luật vật lí và xác suất.

Chiến tranh hạt nhân có lẽ vẫn là mối họa lớn nhất đối với nhân loại vào lúc này. Nó là một hiểm họa mà chúng ta hay lãng quên. Nga và Mĩ không còn kình địch nhau nữa, nhưng hãy giả sử có một tai nạn, hay những kẻ khủng bố có được các vũ khí mà những nước này cất giữ. Và càng nhiều nước có vũ khí hạt nhân thì hiểm họa càng tăng lên. Ngay cả sau khi kết thúc Chiến tranh Lạnh, vẫn có đủ vũ khí hạt nhân trong kho dự trữ để giết sạch tất cả chúng ta, giết sạch đến vài ba lần, và các quốc gia hạt nhân mới sẽ góp thêm tình trạng bất ổn. Theo thời gian, mối họa hạt nhân có thể giảm, nhưng những hiểm họa khác sẽ phát triển, vì thế chúng ta vẫn nên cảnh giác.

Dù bằng cách này hay cách khác, tôi xem nó là chuyện không thể tránh khỏi, hoặc là một cuộc đương đầu hạt nhân hoặc là một thảm họa môi trường sẽ phá hỏng Trái Đất vào lúc nào đó trong 1.000 năm tới, tính theo thời gian địa chất thì đó chỉ là một cái chớp mắt. Lúc ấy, tôi hi vọng và tin rằng chủng loài mưu trí của chúng ta đã tìm được cách đi ra khỏi Trái Đất và do đó sẽ vượt qua được thảm họa. Tất nhiên, điều tương tự không hẳn có thể xảy ra với hàng triệu giống loài khác cư trú trên Trái Đất, và điều đó còn tùy thuộc vào lương tâm của giống loài chúng ta.

Tôi nghĩ chúng ta đang hành động mà không nghĩ tới tương lai của chúng ta trên hành tinh Trái Đất. Hiện nay, chúng ta chẳng có nơi nào khác để đi, nhưng trong dài hạn loài người không nên bỏ hết toàn bộ số trứng của mình trong một cái rỗ, hoặc trên một hành tinh. Tôi chỉ hi vọng chúng ta có thể tránh làm rơi cái rỗ trước khi chúng ta học được cách thoát khỏi Trái Đất. Nhưng, từ trong bản chất, chúng ta là những nhà thám hiểm. Được thôi thúc bởi lòng hiếu kì. Đây là một phẩm chất chỉ có ở con người. Chính sự hiếu kì thôi thúc này đã đưa đến các nhà thám hiểm chứng minh rằng Trái Đất không bằng phẳng, và chính bản năng giống như vậy đưa chúng ta đến các vì sao ở tốc độ tưởng tượng, thôi thúc chúng ta dấn thân trên thực tế. Và hễ khi nào chúng ta có được một bước nhảy lớn mới, ví dụ như hạ cánh lên Mặt Trăng, chúng ta nâng cao tầm nhân loại lên, mang người dân và các quốc gia xích lại với nhau, đưa đến những khám phá mới và những công nghệ mới. Rời khỏi Trái Đất đòi hỏi một cách tiếp cận phối hợp toàn cầu – mỗi người dân đều phải tham gia. Chúng ta cần thắp lại ngọn lửa hào hứng của những ngày đầu du hành vũ trụ hồi thập niên 1960. Vươn ra xa có lẽ là cách duy nhất để cứu chúng ta thoát khỏi chính mình. Tôi bị thuyết phục rằng con người nên rời khỏi Trái Đất. Nếu chúng ta ở lại, thì chúng ta có nguy cơ bị hủy diệt.

Thế thì, ngoài hi vọng của tôi về sự thám hiểm vũ trụ, tương lai sẽ trông ra sao và khoa học sẽ hỗ trợ chúng ta như thế nào?

Bức tranh khoa học đại chúng về tương lai được thể hiện trong các bộ phim khoa học giả tưởng như Star Trek. Các nhà làm phim Star Trek còn thuyết phục tôi tham gia nữa, không phải vì nó khó đâu.

Sự góp mặt như thế thật là vui, nhưng tôi nhắc tới nó ở đây với quan điểm nghiêm túc. Hầu như toàn bộ các tầm nhìn về tương lai mà chúng ta được biết từ thời H.G. Wells về sau về cơ bản là tĩnh. Chúng thể hiện một xã hội mà trong đa số trường hợp tiến bộ hơn nhiều so với chúng ta, về khoa học, về công nghệ, và về cách tổ chức chính trị. (Yếu tố cuối này có thể không khó.) Trong khoảng thời gian giữa bây giờ và khi ấy phải có những biến đổi to lớn, với những áp lực và thăng trầm đi cùng của chúng. Nhưng, vào lúc chúng ta được chỉ rõ trong tương lai, khoa học, công nghệ và cách tổ chức xã hội được cho là đã đạt tới mức gần như hoàn hảo.

Tôi nghi ngờ bức tranh này và tự hỏi liệu chúng ta có đạt tới một giai đoạn ổn định sau cùng về khoa học và công nghệ hay không. Chẳng có lúc nào trong gần 10.000 năm kể từ Kỉ Băng hà gần đây nhất chủng loài người ở trong tình trạng kiến thức không đổi và công nghệ cố định. Đã có một vài lần thoái trào, như cái chúng ta thường gọi là Những Kỉ nguyên Tăm tối sau sự sụp đổ của đế chế La Mã. Nhưng dân số thế giới, đó là một số đo năng lực công nghệ của chúng ta duy trì sự sống và tự cấp dưỡng, đã tăng lên đều đều, với một vài nút thắt như Cái Chết Đen. Trong 2.000 năm qua, sự gia tăng dân số đã diễn ra theo hàm số mũ – và dân số thế giới nhảy từ 1 tỉ lên khoảng 7,6 tỉ. Những số đo khác về sự phát triển công nghệ trong thời gian gần đây là mức tiêu thụ điện, hay số bài báo khoa học. Chúng cũng thể hiện sự tăng trưởng gần như theo hàm mũ. Thật vậy, ngày nay chúng ta có những kì vọng nâng tầm như thế mà một số người cảm thấy bị lừa dối bởi các chính trị gia và khoa học gia bởi vì chúng ta vẫn chưa đạt tới các tầm nhìn Utopia về tương lai. Ví dụ, bộ phim 2001: A Space Odyssey cho chúng ta thấy một căn cứ trên Mặt Trăng và thực hiện một chuyến bay có người lái, hay theo lời riêng của tôi là cá nhân lái, đến Mộc tinh.

Chẳng có dấu hiệu nào cho thấy sự phát triển khoa học và công nghệ sẽ chậm lại đáng kể hoặc khựng lại trong tương lai gần. Chắc chắn đó không phải thời đại Star Trek, nó chỉ cách nay có 350 năm. Thế nhưng tốc độ tăng trưởng hiện nay không thể tiếp diễn trong thiên niên kỉ tiếp theo. Vào năm 2.600 dân số thế giới sẽ đông đến mức vai kề vai và mức tiêu thụ điện sẽ biến Trái Đất thành hành tinh nóng đỏ. Nếu bạn xếp những quyển sách mới sắp xuẩt bản liền cạnh nhau, thì ở tốc độ sản xuất hiện nay, bạn sẽ phải di chuyển chín mươi dặm trên giờ mới đuổi kịp cuối hàng sách. Tất nhiên, vào năm 2.600, các công trình nghệ thuật và khoa học mới sẽ xuất hiện ở dạng điện tử thay cho sách vở và báo chí giấy. Tuy nhiên, nếu cứ tiếp tục tăng trưởng theo hàm mũ, thì sẽ có mười bài báo mỗi giây trong lĩnh vực vật lí lí thuyết của tôi, và chẳng có thời gian để mà đọc chúng.

Rõ ràng sự tăng trưởng theo hàm mũ hiện nay không thể cứ tiếp tục mãi được. Vậy thì điều gì sẽ xảy ra? Một khả năng là chúng ta sẽ tự quét sạch giống loài mình qua một thảm họa nào đó như chiến tranh hạt nhân chẳng hạn. Dẫu thế chúng ta cũng không hủy diệt hoàn toàn chính mình mà có khả năng chúng ta sẽ rơi vào tình trạng tàn bạo và hỗn mang, giống như cảnh mở đầu bộ phimTerminator.

Vậy chúng ta sẽ phát triển khoa học và công nghệ trong thiên niên kỉ tới như thế nào? Câu hỏi này rất khó trả lời. Thế nhưng hãy để tôi chìa cổ mình ra và liều lĩnh đưa ra những dự đoán của tôi cho tương lai. Tôi sẽ có khả năng đúng nào đó về trăm năm tiếp theo, song phần còn lại của thiên niên kỉ thì hoàn toàn là suy đoán.

Biến đổi khí hậu là một trong những mối nguy trước mắt đối với nhân loại

Hiểu biết hiện đại của chúng ta về khoa học bắt đầu cùng lúc với người châu Âu định cư ở Bắc Mĩ, và vào cuối thế kỉ mười chín có vẻ như chúng ta đã đạt tới hiểu biết đầy đủ về vũ trụ theo cái chúng ta gọi là các định luật cổ điển. Nhưng, như chúng ta đã thấy, trong thế kỉ mười chín các quan sát bắt đầu cho thấy năng lượng xuất hiện thành từng gói rời rạc gọi là các lượng tử và một loại lí thuyết mới gọi là cơ học lượng tử đã được thiết lập bởi Max Planck và những người khác. Lí thuyết này thể hiện một bức tranh hoàn toàn khác về thực tại trong đó vạn vật không có một lịch sử đơn nhất mà có mọi lịch sử khả dĩ, mỗi lịch sử có xác suất riêng của nó. Khi người ta xét đến từng hạt vật chất, các lịch sử hạt khả dĩ phải bao gồm những quỹ đạo chuyển động nhanh hơn ánh sáng và thậm chí đi ngược dòng thời gian. Tuy nhiên, các quỹ đạo đi ngược thời gian này không hề giống các thiên thần đang khiêu vũ trên cặp cà kheo. Chúng có những hệ quả quan sát thực tế. Thậm chí cái chúng ta nghĩ là không gian trống rỗng thật ra là nhung nhúc các hạt chuyển động trong những vòng lặp khép kín trong không gian và thời gian. Nghĩa là, chúng chuyển động xuôi dòng thời gian ở một phía của vòng và đi lùi thời gian ở phía bên kia.

Cái rắc rối là bởi vì có vô số điểm trong không gian và thời gian, thành ra có vô số vòng lặp khép kín khả dĩ của các hạt. Và vô số vòng lặp khép kín của các hạt sẽ có lượng năng lượng vô cùng và làm bẻ cong không gian và thời gian thành một điểm. Ngay cả truyện khoa học giả tưởng cũng chưa từng nghĩ tới thứ gì kì lạ như vậy. Xử lí các năng lượng vô hạn này đòi hỏi một số lí giải thật sự sáng tạo, và phần nhiều công trình vật lí lí thuyết trong hai mươi năm qua đã cố tìm kiếm một lí thuyết trong đó vô số vòng lặp khép kín trong không gian và thời gian triệt tiêu nhau hoàn toàn. Chỉ khi ấy chúng ta mới có thể thống nhất thuyết lượng tử với thuyết tương đối rộng Einstein và đạt tới một lí thuyết hoàn chỉnh về các định luật cơ bản của vũ trụ.

Vậy viễn cảnh sẽ ra sao khi chúng ta khám phá bức tranh hoàn chỉnh này trong thiên niên kỉ tới? Tôi từng nói rằng chúng rất tốt, nhưng khi ấy tôi là người lạc quan. Vào năm 1980, tôi từng nói rằng tôi nghĩ có xác suất 50-50 chúng ta sẽ khám phá một lí thuyết thống nhất hoàn chỉnh trong hai mươi năm tới. Chúng ta đã có một số tiến bộ nổi bật trong quãng thời gian kể từ ấy, song lí thuyết cuối cùng hình như vẫn còn tít ngoài xa. Phải chăng Chén Thánh của vật lí học luôn luôn nằm ngoài tầm với của chúng ta? Tôi không nghĩ thế.

Lúc bắt đầu thế kỉ hai mươi, chúng ta đã hiểu sự vận hành của tự nhiên ở cấp bậc vật lí cổ điển xuống đến một phần trăm của một mili mét. Nghiên cứu về vật lí nguyên tử trong ba mươi năm đầu của thế kỉ đưa chúng ta hiểu đến cấp độ dài một phần triệu của một mili mét. Kể từ ấy, nghiên cứu về vật lí hạt nhân và năng lượng cao tiếp tục đưa chúng ta xuống những cấp độ dài nhỏ hơn một tỉ lần nữa. Có vẻ như chúng ta có thể tiếp tục khám phá những cấu trúc ở cấp bậc độ dài càng lúc càng nhỏ hơn mãi. Tuy nhiên, có một giới hạn đối với chuỗi khám phá này giống như đối với chuỗi búp bê Nga lồng vào nhau. Cuối cùng, người ta dỡ đến con búp bê nhỏ nhất, nó không thể dỡ ra thêm được nữa. Trong vật lí học, con búp bê nhỏ nhất được gọi là độ dài Planck và nó bằng một mili mét chia cho 100.000 tỉ tỉ tỉ. Chúng ta không xây dựng được những máy gia tốc hạt có thể khảo sát những độ dài nhỏ như thế. Chúng sẽ phải lớn hơn hệ Mặt Trời và chúng không có khả năng được phê duyệt trong tình hình tài chính hiện nay. Tuy nhiên, có những hệ quả của các lí thuyết của chúng ta có thể kiểm tra được bằng những máy móc khiêm tốn hơn nhiều.

Sẽ không thể nào khảo sát đến độ dài Planck trong phòng thí nghiệm được, mặc dù chúng ta có thể nghiên cứu Big Bang để có bằng chứng quan sát ở các cấp năng lượng cao hơn và độ dài ngắn hơn so với chúng ta có thể thu được trên Trái Đất. Tuy nhiên, đến một chừng mực nào đó chúng ta sẽ phải dựa trên nét đẹp và sự nhất quán toán học để tìm kiếm lí thuyết tối hậu của tất cả.

Tầm nhìn kiểu Star Trek về tương lai theo đó chúng ta đạt tới một cấp độ tiên tiến nhưng về cơ bản tĩnh tại có thể trở thành hiện thực, xét theo kiến thức của chúng ta về các định luật cơ bản chi phối vũ trụ. Song tôi không nghĩ chúng ta sẽ đạt tới một tình trạng ổn định khi chúng ta sử dụng các định luật này. Lí thuyết tối hậu sẽ không thiết đặt giới hạn nào cho tính phức tạp của các hệ mà chúng ta có thể tạo ra, và tôi nghĩ các phát triển quan trọng nhất của thiên niên kỉ mới sẽ nằm ở chính sự phức tạp này.

Cho đến nay, những hệ phức tạp nhất mà chúng ta có chính là cơ thể của chúng ta. Sự sống có vẻ đã khởi nguồn trong các đại dương nguyên thủy bao phủ Trái Đất hồi bốn tỉ năm trước. Làm thế nào điều này xảy ra thì chúng ta không biết. Có lẽ các va chạm ngẫu nhiên giữa các nguyên tử tạo nên các phân tử lớn có thể tự sao chép và tự lắp ráp thành những cấu trúc phức tạp hơn. Cái chúng ta biết là hồi ba tỉ rưỡi năm trước phân tử hết sức phức tạp ADN đã xuất hiện. ADN là nền tảng cho mọi dạng sống trên Trái Đất. Nó có một cấu trúc xoắn kép, giống như cầu thang xoắn ốc, được khám phá bởi Francis Crick và James Watson trong phòng thí nghiệm Cavendish ở Cambridge vào năm 1953. Hai dải xoắn kép liên kết với nhau bằng các cặp base gốc nitrogen giống như các thanh nối trên cầu thang xoắn ốc. Có bốn loại base gốc nitrogen: cytosine, guanine, adenine và thymine. Trật tự trong đó các base gốc nitrogen xuất hiện dọc theo cầu thang xoắn ốc mang thông tin di truyền cho phép phân tử ADN lắp ráp một cấu trúc xung quanh nó và tự sao chép. Khi ADN tiến hành sao chép thỉnh thoảng sẽ xảy ra các sai sót về trật tự của các base dọc theo xoắn ốc. Trong đa số trường hợp, các sai sót trong việc sao chép sẽ làm cho ADN mất khả năng tự sao chép. Các sai sót di truyền như thế, hay các đột biến như tên gọi của chúng, sẽ bị loại trừ. Nhưng trong một vài trường hợp, sai sót hay đột biến ấy sẽ làm tăng xác suất ADN sống sót và sao chép. Như thế, thông tin chứa đựng trong chuỗi base gốc nitrogen sẽ dần dần tiến hóa và tăng tính phức tạp. Sự chọn lọc tự nhiên như vậy của các đột biến được đề xuất đầu tiên bởi một người Cambrige khác, Charles Darwin, vào năm 1858, mặc dù ông không biết cơ chế gây ra nó.

Bởi sự tiến hóa sinh học về cơ bản là một sự dạo chơi ngẫu nhiên trong không gian xác suất di truyền, nên nó diễn ra rất chậm. Tính phức tạp, hay số lượng bit thông tin mã hóa trong ADN, được chi phối đại khái bởi số lượng base gốc nitrogen trong phân tử. Mỗi bit thông tin có thể được xem là đáp án cho một câu hỏi có/không. Trong khoảng hai tỉ năm đầu tiên, tốc độ tăng tính phức tạp phải vào cỡ một bit thông tin trong mỗi trăm năm. Tốc độ tăng tính phức tạp ADN dần dần nâng đến khoảng một bit mỗi năm trong vài triệu năm qua. Nhưng hiện nay chúng ta đang ở giai đoạn mở đầu của một kỉ nguyên mới trong đó chúng ta sẽ có thể tăng tính phức tạp ADN của mình mà không phải chờ đợi quá trình tiến hóa sinh học chậm chạp nữa. Đã có sự biến đổi tương đối ít ở ADN người trong 10.000 năm qua. Nhưng có khả năng chúng ta sẽ có thể thiết kế lại nó hoàn toàn trong nghìn năm tới. Tất nhiên, nhiều người sẽ nói rằng kĩ thuật di truyền trên con người nên bị cấm. Song tôi nghi ngờ khả năng họ sẽ ngăn được nó. Kĩ thuật di truyền trên thực vật và động vật sẽ được phép vì các lí do kinh tế, và ai đó sẽ cố thử nó trên con người. Trừ khi chúng ta có một trật tự thế giới toàn trị, bằng không sẽ có ai đó thiết kế con người nâng cấp ở đâu đó mà thôi.

Rõ ràng việc phát triển những con người nâng cấp sẽ gây ra những vấn đề xã hội và chính trị to lớn đối với những con người không được nâng cấp. Tôi không cổ xúy kĩ thuật di truyền ở người là thứ tốt đẹp, tôi chỉ nói rằng có khả năng nó xảy ra trong thiên niên kỉ tới, dù chúng ta có muốn hay là không. Đây là lí do tôi không tin các tác phẩm khoa học giả tưởng như Star Trek trong đó người ta về cơ bản vẫn như cũ sau 350 năm nữa trong tương lai. Tôi nghĩ chủng loài người, cùng ADN của nó, sẽ tăng tính phức tạp khá nhanh.

Bằng cách nào đó, chủng loài người cần cải thiện chất lượng tinh thần và vật chất của nó nếu muốn đương đầu với thế giới phức tạp dần xung quanh nó và đáp ứng những thách thức mới như du hành không gian. Và nó cũng cần phải tăng tính phức tạp của nó nếu các hệ thống sinh học muốn dẫn trước các hệ thống điện tử. Hiện nay, máy vi tính có ưu thế về tốc độ, nhưng chúng không biểu hiện dấu hiệu của trí thông minh. Điều này không có gì bất ngờ bởi vì các máy tính hiện nay của chúng ta kém phức tạp hơn bộ não của con sâu đất, một loài chẳng đáng lưu tâm về sức mạnh trí tuệ của nó. Thế nhưng các máy tính đại khái tuân theo một phiên bản của Định luật Moore, nó nói rằng tốc độ và mức phức tạp của chúng tăng gấp đôi sau mỗi mười tám tháng. Nó là một trong những tăng trưởng theo hàm mũ không thể cứ tiếp tục mãi mãi, và thật vậy nó đã bắt đầu chậm lại. Tuy nhiên, tốc độ cải tiến nhanh chóng có lẽ sẽ vẫn tiếp tục cho đến khi máy tính có độ phức tạp tương đương với bộ não người. Một số người nói rằng máy tính sẽ không bao giờ biểu hiện trí thông minh thật sự, dù thế nào chăng nữa. Nhưng theo tôi thì nếu các phân tử hóa học rất phức tạp có thể hoạt động ở loài người để khiến chúng thông minh, thì những mạch điện tử phức tạp không kém cũng có thể khiến máy tính hành xử theo một kiểu thông minh nào đó. Và nếu chúng thông minh thì chúng có thể tiếp tục thiết kế các máy tính còn phức tạp hơn và thông minh hơn nữa.

Đây là lí do tôi không tin vào bức tranh khoa học giả tưởng về một tương lai tiến bộ nhưng không khác xưa. Thay vậy, tôi kì vọng sự phức tạp tăng lên ở tốc độ nhanh, cả trong sinh quyển và điện tử quyển. Không phải đa số điều này sẽ xảy ra trong trăm năm tới, song đó là tất cả những cái chúng ta có thể dự báo xác thực. Vào cuối thiên niên kỉ tới, nếu chúng ta tồn tại đến khi ấy, sự thay đổi ấy sẽ là cơ bản.

Lincoln Steffens từng nói, “Tôi đã nhìn thấy tương lai và nó vận hành.” Thật ra ông đang nói về Liên Xô, đó là cái ngày nay chúng ta biết chẳng vận hành suôn sẻ gì. Tuy nhiên, tôi nghĩ trật tự thế giới hiện nay có một tương lai, song nó sẽ rất khác.

---

Hiểm họa lớn nhất đối với tương lai của hành tinh này là gì?

Đó là một vụ va chạm tiểu hành tinh – một hiểm họa mà chúng ta chẳng thể phòng tránh. Nhưng vụ va chạm tiểu hành tinh lớn gần đây nhất đã xảy ra hồi sáu mươi sáu triệu năm trước và diệt sạch loài khủng long. Một hiểm họa nhãn tiền hơn là sự biến đổi khí hậu mất kiểm soát. Sự gia tăng nhiệt độ đại dương sẽ làm tan chảy băng ở hai cực và làm giải phóng những lượng lớn carbon dioxide. Cả hai hiệu ứng có thể biến khí hậu của chúng ta thành như của Kim tinh với nhiệt độ 250 độ bách phân (482 độ Fahrenheit).

Chương 8

CHÚNG TA CÓ NÊN CHIẾM CỨ KHÔNG GIAN KHÔNG?

Vì sao chúng ta nên tiến ra không gian? Bạn bào chữa như thế nào cho việc chi hàng đống tiền và công sức để lấy về mấy cục đá Mặt Trăng? Phải chăng Trái Đất này không tốt hơn sao? Câu trả lời rõ ràng là bởi vì nó lừ lừ ở đó, ngay xung quanh chúng ta. Việc không rời khỏi hành tinh Trái Đất sẽ tựa như những kẻ đắm tàu giạt vào một hoang đảo không cố tìm lối thoát. Chúng ta cần thám hiểm hệ Mặt Trời để tìm xem nơi nào con người có thể sinh sống được.

Hiểu theo cách nào đó, tình huống na ná như ở châu Âu trước năm 1492. Dân chúng ai cũng cho rằng sẽ lãng phí tiền bạc nếu chu cấp cho Columbus theo đuổi một mục tiêu viễn vông. Thế nhưng việc khám phá Tân Thế giới đã gây thay đổi lớn ở Cựu lục địa. Cứ nghĩ mà xem, nếu không thì chúng ta làm gì có Big Mac hay KFC. Tiến xa vào không gian sẽ có một tác động còn to lớn hơn nhiều. Nó có thể làm thay đổi hoàn toàn tương lai của loài người, và có lẽ còn định đoạt xem chúng ta rốt cuộc có tương lai gì không. Nó sẽ không giải quyết được bất kì vấn đề nhãn tiền nào trên hành tinh Trái Đất, nhưng nó sẽ đem lại cho chúng ta một viễn cảnh mới về chúng và khiến chúng ta nhìn ra bên ngoài thay vì nhìn vào bên trong. Hi vọng rằng nó sẽ đoàn kết chúng ta đối mặt với thách thức chung.

Đây sẽ là một chiến lược dài hạn, và với từ dài hạn tôi muốn nói tới hàng trăm hay thậm chí hàng nghìn năm. Chúng ta có thể có một căn cứ trên Mặt Trăng trong vòng ba mươi năm, đi tới Hỏa tinh trong năm mươi năm và thám hiểm các vệ tinh của các hành tinh nhóm ngoài trong 200 năm. Với từ đi tới, tôi muốn nói đến một phi thuyền vũ trụ có con người trên đó. Chúng ta đã điều khiển các xe tự hành trên sao Hỏa và hạ cánh một tàu thám hiểm lên Titan, một vệ tinh của Thổ tinh, nhưng nếu chúng ta muốn xét đến tương lai của loài người thì chúng ta phải tự mình đi đến đó.

Tiến vào không gian sẽ không hề rẻ, nhưng nó chỉ chiếm một phần nhỏ của tài nguyên thế giới. Ngân sách của NASA đại khái vẫn không đổi trong các nhiệm kì thực tế kể từ thời Apollo hạ cánh, nhưng nó đã giảm từ 0,3% GDP nước Mĩ năm 1970 xuống còn 0,1% năm 2017. Cho dù chúng ta có tăng ngân sách quốc tế lên hai mươi lần, để triển khai một nỗ lực nghiêm túc đi vào không gian, thì nó vẫn mới chiếm một phần nhỏ GDP thế giới.

Sẽ có những người cãi rằng tốt hơn người ta cứ chi tiền giải quyết các vấn đề của hành tinh này, như sự biến đổi khí hậu và sự ô nhiễm, thay vì lãng phí nó vào việc tìm kiếm hoài công một hành tinh mới. Tôi không phủ nhận tầm quan trọng của việc chống lại sự biến đổi khí hậu và ấm lên toàn cầu, song chúng ta có thể vừa làm thế vừa để dành một góc nhỏ của một phần trăm GDP thế giới cho không gian. Chẳng lẽ tương lai của chúng ta không đáng giá bằng một góc nhỏ của một phần trăm hay sao?

Chúng ta từng nghĩ không gian xứng đáng để nỗ lực nhiều vào thập niên 1960. Năm 1962, tổng thống Kennedy cam kết nước Mĩ cho con người đặt chân lên Mặt Trăng vào cuối thập niên ấy. Ngày 20 tháng Bảy 1969, Buzz Aldrin và Niel Armstrong đã đặt chân lên bề mặt chị Hằng. Nó đã làm thay đổi tương lai của nhân loại. Lúc ấy tôi hai mươi bảy tuổi, là một nhà nghiên cứu tại Cambridge, và tôi đã bỏ lỡ nó. Tôi đang họp bàn về các kì dị ở Liverpool và nghe một bài giảng của René Thom về thuyết tai ương khi sự kiện tiếp đất diễn ra. Thời ấy làm gì có truyền hình trực tiếp, và chúng tôi còn chẳng có ti vi, song cậu con trai lên hai đã kể lại cho tôi.

Cuộc chạy đua không gian đã giúp tạo ra sự hứng khởi với khoa học và làm tăng tốc các tiến bộ kĩ thuật của chúng ta. Nhiều nhà khoa học ngày nay đã được truyền cảm hứng đi vào con đường khoa học do sự kiện đặt chân lên Mặt Trăng, với mục tiêu hiểu rõ về chính chúng ta và vị thế của chúng ta trong vũ trụ. Nó đem lại cho chúng ta những viễn cảnh mới về thế giới của chúng ta, thôi thúc chúng ta xem hành tinh như một tổng thể. Tuy nhiên, sau lần cuối đặt chân lên Mặt Trăng vào năm 1972, chẳng có một kế hoạch tương lai nào cho một chuyến bay có người lái, niềm hứng khởi của công chúng với không gian tuột dốc. Điều này diễn ra cùng với một sự vỡ mộng nói chung với khoa học ở phương Tây, bởi vì dù nó đã đem lại những lợi ích to lớn song nó không giải quyết được các vấn đề xã hội không ngừng chiếm lấy sự quan tâm của công chúng.

Một chương trình du hành vũ trụ có người lái mới sẽ phải làm rất nhiều mới hồi sinh được niềm hứng khởi của công chúng dành cho không gian và khoa học nói chung. Các sứ mệnh robot sẽ rẻ tiền hơn nhiều và đem lại nhiều thông tin khoa học hơn, song chúng không thu hút trí tưởng tượng của chúng ta theo kiểu giống như vậy. Và chúng sẽ không đưa loài người đi vào không gian, cái tôi đang cho rằng sẽ là một chiến lược dài hạn của chúng ta. Mục tiêu về một căn cứ trên Mặt Trăng vào năm 2050, và tiếp đất có con người lên sao Hỏa vào năm 2070, sẽ khởi động lại các chương trình không gian, và nó đem lại một mục đích ý nghĩa, theo kiểu y hệt như đích đến Mặt Trăng của tổng thống Kennedy đã làm vào thập niên 1960. Cuối năm 2017, Elon Musk đã công bố các kế hoạch SpaceX cho một căn cứ Mặt Trăng và một sứ mệnh sao Hỏa vào năm 2022, và tổng thống Trump đã kí một chính sách không gian chỉ thị NASA tập trung lại vào thám hiểm và khám phá, vì thế có lẽ chúng ta sẽ còn đạt tới các mục tiêu sớm hơn.

Một mối quan tâm mới về không gian cũng sẽ làm tăng vị thế của khoa học nói chung trong lòng công chúng. Việc khoa học và các nhà khoa học ít được trọng vọng có những hệ lụy nghiêm trọng. Chúng ta đang sống trong một xã hội không ngừng bị chi phối bởi khoa học và công nghệ, thế nhưng ngày càng có ít người trẻ muốn dấn thân vào khoa học. Một chương trình không gian mới và đầy tham vọng sẽ kích thích những người trẻ và khích lệ họ dấn thân vào nhiều ngành khoa học đa dạng, chứ không riêng thiên văn vật lí và khoa học vũ trụ.

Điều tương tự đúng với tôi. Tôi luôn mơ tới chuyện du hành vũ trụ. Thế nhưng trong ngần ấy năm trời, tôi cứ nghĩ mơ chỉ là mơ thôi. Bị giam cầm với Trái Đất và trong một chiếc xe lăn, làm thế nào tôi trải nghiệm được vẻ uy nghi của không gian ngoại trừ qua trí tưởng tượng và nghiên cứu của tôi về vật lí lí thuyết. Tôi chưa bao giờ nghĩ tôi có cơ hội nhìn ngắm hành tinh xinh đẹp của mình từ không gian hay nhìn nó lướt qua đường chân trời. Đây là lãnh địa của các nhà du hành vũ trụ, số ít người may mắn được trải nghiệm sự tuyệt vời và ngây ngất của sự du hành không gian. Thế nhưng tôi quên tính đến sinh lực và lòng nhiệt tình của các cá nhân có nhiệm vụ là tiến những bước đầu tiên ra ngoài Trái Đất. Và vào năm 2007 tôi có đủ may mắn để có mặt trên một chuyến bay không trọng lượng và lần đầu tiên trải nghiệm cảm giác không trọng lượng. Chuyến bay chỉ kéo dài bốn phút, nhưng nó thật thú vị. Tôi đã có thể đi và về.

Lúc ấy người ta trích dẫn lời tôi nói rằng tôi e sợ loài người sẽ không có tương lai nếu chúng ta không tiến vào không gian. Lúc ấy tôi tin vậy, và bây giờ tôi vẫn tin. Và tôi hi vọng lúc ấy tôi đã chứng minh được rằng bất kì ai cũng có thể tham gia du hành không gian. Tôi tin nó phụ thuộc vào các nhà khoa học như tôi, cùng với các doanh nhân cấp tiến, cố làm hết mọi điều chúng ta có thể để quảng bá sự hào hứng và diệu kì của sự du hành không gian.

Thế nhưng loài người có thể tồn tại trong những khoảng thời gian dài ở xa quê nhà Trái Đất hay không? Kinh nghiệm của chúng ta với ISS, Trạm Không gian Quốc tế, cho thấy loài người có thể sống sót sau hàng tháng ở xa hành tinh Trái Đất. Tuy nhiên, trọng trường zero của quỹ đạo gây ra một số biến đổi sinh lí ngoài mong muốn, ví dụ như suy yếu xương, đồng thời gây ra các vấn đề thực tế với các chất lỏng và vân vân. Vì thế, người ta sẽ muốn có một căn cứ dài hạn nào đó cho con người sinh sống trên một hành tinh hay một vệ tinh. Bằng cách đào xuống bề mặt, người ta sẽ có được sự cách nhiệt, và được che chắn trước các sao băng và tia vũ trụ. Hành tinh hay vệ tinh đó cũng có thể giữ vai trò là một nguồn vật liệu thô sẽ cần thiết nếu cộng đồng ngoài địa cầu muốn tự cấp dưỡng, độc lập với Trái Đất.

Đâu là vị trí thích hợp cho con người định cư trong hệ Mặt Trời? Dễ thấy nhất là Mặt Trăng. Nó ở gần và tương đối dễ đi tới. Chúng ta từng đặt chân lên nó, và lái xe tự hành trên nó. Mặt khác, Mặt Trăng nhỏ, và không có khí quyển, hay từ trường làm lệch các hạt bức xạ mặt trời, giống như Trái Đất. Không có nước ở dạng lỏng, mặc dù có thể có nước đóng băng trong các miệng hố ở Cực Bắc và Cực Nam. Một khu định cư trên Mặt Trăng có thể sử dụng các tảng băng này làm nguồn cấp oxygen, với năng lượng được cung cấp bởi năng lượng hạt nhân hay các tấm pin Mặt Trời. Mặt Trăng có thể là một căn cứ để du hành đến phần còn lại của hệ Mặt Trời.

Sao Hỏa là đích đến tiếp theo dễ thấy. Nó xa Mặt Trời gấp rưỡi Trái Đất, thành ra nhận sức ấm bằng một nửa. Nó từng có từ trường, song từ trường ấy đã hủy mất hồi bốn tỉ năm trước, để lại sao Hỏa trơ ra trước bức xạ Mặt Trời. Điều này đã tước đi của sao Hỏa phần lớn khí quyển của nó, để lại cho nó chỉ 1% áp suất khí quyển của Trái Đất. Tuy nhiên, áp suất ấy trong quá khứ hẳn phải cao hơn, vì chúng ta thấy cái trông tựa như các kênh dẫn cạn nước và các hồ khô cạn. Nước lỏng không thể tồn tại trên bề mặt sao Hỏa vào lúc này. Nó sẽ bốc hơi trong môi trường gần như chân không. Điều này cho thấy sao Hỏa từng có một thời kì ấm ướt, trong đó sự sống có thể đã xuất hiện, hoặc là tự phát hoặc là thông qua sự tha sinh (nghĩa là, được mang đến từ đâu đó khác trong vũ trụ). Chẳng có dấu hiệu của sự sống trên sao Hỏa vào lúc này, song nếu chúng ta tìm thấy bằng chứng rằng sự sống đã từng tồn tại thì nó sẽ cho biết xác suất để sự sống phát triển trên một hành tinh thích hợp là khá cao. Dẫu vậy, chúng ta phải thật cẩn trọng, chúng ta không nên nhầm lẫn mẫu phân tích do sự sống trên Trái Đất làm ô nhiễm hành tinh. Tương tự, chúng ta phải rất cẩn trọng, không nên mang về bất kì dạng sống Hỏa tinh nào. Chúng ta sẽ không ngăn được nó, và nó sẽ quét sạch sự sống trên Trái Đất.

NASA từng gửi một số lượng lớn phi thuyền lên sao Hỏa, bắt đầu với Mariner 4 vào năm 1964. NASA đã khảo sát hành tinh đỏ với một số tàu quỹ đạo, gần đây nhất là tàu quỹ đạo trinh sát Hỏa tinh. Các tàu quỹ đạo này đã làm lộ ra các rãnh sâu và các ngọn núi cao nhất trong hệ Mặt Trời. NASA cũng đã cho tiếp đất một số tàu khảo sát trên bề mặt Hỏa tinh, gần đây nhất là hai xe tự hành sao Hỏa. Các xe này đã gửi về ảnh chụp của một địa hình sa mạc khô cằn. Giống như trên Mặt Trăng, nước và oxygen có thể thu được từ băng ở vùng cực. Đã từng có hoạt động núi lửa trên sao Hỏa. Hoạt động này sẽ mang các khoáng chất và kim loại lên bề mặt, đó là thứ một khu định cư có thể sử dụng.

Mặt Trăng và sao Hỏa là những nơi thích hợp nhất để định cư không gian trong hệ Mặt Trời. Thủy tinh và Kim tinh thì quá nóng, còn Mộc tinh và Thổ tinh là những hành tinh khí khổng lồ không có bề mặt rắn chắc. Các vệ tinh của sao Hỏa thì quá nhỏ và không có gì ưu thế hơn chính sao Hỏa cả. Một số vệ tinh của Mộc tinh và Thổ tinh có thể là thích hợp. Europa, một vệ tinh của Mộc tinh, có bề mặt đóng băng. Thế nhưng có thể có nước lỏng ở bên dưới bề mặt trong đó sự sống có thể đã phát triển. Làm thế nào chúng ta có thể tìm ra được? Chúng ta có phải đặt chân lên Europa và khoan một cái lỗ hay không?

Titan, một vệ tinh của sao Thổ, lớn hơn và nặng hơn Mặt Trăng của chúng ta và có một bầu khí quyển dày đặc. Sứ mệnh Cassini-Huygens của NASA và Cơ quan Vũ trụ châu Âu đã cho tiếp đất một tàu khảo sát trên Titan đã gửi về các ảnh chụp bề mặt của vệ tinh này. Tuy nhiên, nó rất lạnh lẽo, nó ở quá xa Mặt Trời, và tôi chẳng ham sống gần một cái hồ methane lỏng.

Thế còn việc liều lĩnh đi ra khỏi hệ Mặt Trời thì sao? Các quan sát của chúng ta chỉ dấu rằng một tỉ lệ đáng kể các sao có các hành tinh quay xung quanh chúng. Cho đến nay, chúng ta chỉ mới phát hiện được những hành tinh khổng lồ, cỡ như Mộc tinh và Thổ tinh, nhưng sẽ hợp lí thôi nếu giả định rằng chúng đều có bầu bạn là các hành tinh nhỏ hơn, cỡ Trái Đất. Một số hành tinh này sẽ nằm trong vùng Goldilocks, nơi khoảng cách đến ngôi sao vừa vặn thích hợp cho nước lỏng tồn tại trên bề mặt của chúng. Có khoảng một nghìn sao trong cự li ba mươi năm ánh sáng tính từ Trái Đất. Nếu một phần trăm trong số này có các hành tinh cỡ Trái Đất trong vùng Goldilocks, thì chúng ta có mười ứng cử viên Tân Thế giới.

Xét Proxima b chẳng hạn. Ngoại hành tinh này, ở gần Trái Đất nhất nhưng vẫn ở xa đến 4,5 năm ánh sáng, quay xung quanh ngôi sao Proxima Centauri trong hệ mặt trời Alpha Centauri, và nghiên cứu gần đây cho biết nó có một số tương đồng với Trái Đất.

Việc du hành đến những ứng cử viên thế giới này có lẽ là bất khả thi với công nghệ hiện nay, nhưng bằng cách sử dụng trí tưởng tượng của mình, chúng ta có thể lập ra một mục tiêu dài hạn cho sự du hành giữa các sao – trong vòng 200 đến 500 năm tới. Tốc độ mà chúng ta có thể đưa một tên lửa đi vào không gian phụ thuộc vào hai điều, tốc độ của khí thải và tỉ lệ khối lượng tên lửa bị mất đi khi nó gia tốc. Tốc độ khí thải của các tên lửa hóa học, như các tên lửa chúng ta thường dùng cho đến nay, là khoảng ba kilo mét trên giây. Bằng cách tống khứ 30 phần trăm khối lượng của chúng, chúng có thể thu được tốc độ nửa kilo mét trên giây và sau đó thì chậm trở lại. Theo NASA, sẽ cần ít nhất 260 ngày để đi tới sao Hỏa, sai lệch là 10 ngày, trong khi một số nhà khoa học NASA dự đoán 130 ngày là đủ. Thế nhưng sẽ phải mất khoảng ba triệu năm để đi tới hệ sao gần nhất. Để đi nhanh hơn sẽ đòi hỏi một tốc độ phát khí thải nhanh hơn nhiều so với các tên lửa hóa học có thể cung cấp, đó là dùng ánh sáng. Một chùm ánh sáng mạnh phát ra từ phía sau có thể đẩy phi thuyền về phía trước. Sự nhiệt hạch hạt nhân có thể cung cấp 1 phần trăm năng lượng khối lượng của phi thuyền, sẽ làm nó tăng tốc lên một phần mười tốc độ ánh sáng. Muốn nhanh hơn nữa, chúng ta sẽ cần đến hoặc là sự phân hủy vật chất-phản vật chất hoặc là một dạng năng lượng hoàn toàn mới nào đó. Thật vậy, khoảng cách đến Alpha Centauri lớn đến mức để đi tới nó trong quãng đời một con người, một phi thuyền vũ trụ sẽ phải mang lượng nhiên liệu chừng bằng khối lượng của tất cả các sao trong thiên hà. Nói cách khác, với công nghệ hiện nay thì sự du hành giữa các sao là vô cùng bất khả thi. Alpha Centauri không bao giờ có thể trở thành đích đến trong các ngày nghỉ lễ.

Chúng ta có cơ hội thay đổi điều đó, nhờ trí tưởng tượng và sự mưu trí. Vào năm 2016, tôi trình nghiên cứu và phát triển dài hạn hướng tới biến sự du hành giữa các sao thành thực tế. Giả sử chúng tôi thành công, chúng tôi sẽ gửi một tàu thám hiểm đến Alpha Centauri trong quãng đời của những người đang sống ngày nay. Song chốc nữa tôi sẽ trở lại với vấn đề này.

Làm thế nào chúng ta khởi động chuyến đi này? Cho đến nay, các chuyến thám hiểm của chúng ta chỉ hạn chế với láng giềng vũ trụ địa phương của chúng ta. Bốn mươi năm qua, tàu thám hiểm can trường nhất của chúng ta, Voyager, đã tiến vào không gian giữa các sao. Tốc độ của nó, mười một dặm mỗi giây, có nghĩa là nó mất khoảng 70.000 năm để đi tới Alpha Centauri. Chòm sao này ở xa 4,37 năm ánh sáng, tức hai mươi lăm nghìn tỉ dặm. Nếu có những giống loài sinh sống trên Alpha Centauri hiện nay, thì họ vẫn vô tư không biết gì về sự trỗi dậy của Donald Trump.

Rõ ràng chúng ta đang tiến vào một kỉ nguyên không gian mới. Các nhà du hành vũ trụ tư nhân đầu tiên sẽ là những người đi tiên phong, và những chuyến bay đầu tiên sẽ vô cùng đắt đỏ, song theo thời gian hi vọng của tôi là rằng du hành không gian sẽ nằm trong tầm với của đông đảo dân cư Trái Đất hơn nữa. Đưa mỗi ngày một nhiều hành khách vào không gian sẽ mang lại ý nghĩa mới cho vị thế của chúng ta trên Trái Đất và cho trách nhiệm của chúng ta là người trông nom Trái Đất, và nó sẽ giúp chúng ta nhận ra vị thế và tương lai của chúng ta trong vũ trụ – đó là nơi tôi tin rằng số phận tối hậu của chúng ta nằm ở đấy.

Breakthrough Starshot là một cơ hội thật sự cho con người thâm nhập sớm vào không gian bên ngoài, với quan điểm khảo sát và cân đong các khả năng định cư. Nó là một sứ mệnh bằng-chứng-khái-niệm và hoạt động dựa trên ba khái niệm: phi thuyền vũ trụ thu nhỏ, sức đẩy ánh sáng và các laser khóa pha. Star Chip, một tàu thám hiểm vũ trụ đầy đủ chức năng được thu nhỏ kích cỡ xuống còn vài centi mét, sẽ được gắn một cánh buồm ánh sáng. Được làm bằng siêu vật liệu, cánh buồm ánh sáng ấy không nặng hơn một vài gam. Người ta dự tính một nghìn Star Chip với buồm ánh sáng, phi thuyền nano, sẽ được đưa vào quỹ đạo. Trên mặt đất, một ma trận laser ở cấp độ kilo mét sẽ kết hợp thành một chùm sáng đơn, rất mạnh. Chùm sáng ấy chiếu xuyên qua khí quyển, đập vào các cánh buồm trong không gian với hàng chục giga watt công suất.

Ý tưởng ẩn sau sáng kiến này về phi thuyền nano cưỡi trên chùm ánh sáng là y hệt như Einstein từng mơ việc cưỡi trên một chùm ánh sáng lúc ông mười sáu tuổi. Nó không nhanh bằng ánh sáng, mà bằng một phần năm của nó, hay 100 triệu dặm mỗi giờ. Một hệ như thế có thể đi tới sao Hỏa trong chưa tới một giờ, đi tới Pluto trong vài ngày, vượt qua Voyager trong chưa tới một tuần và đi tới Alpha Centauri vừa vặn hơn hai mươi năm một chút. Một khi tới nơi, phi thuyền nano có thể chụp ảnh bất kì hành tinh nào tìm thấy trong hệ, kiểm tra từ trường và các phân tử hữu cơ và gửi dữ liệu về Trái Đất bằng một chùm laser khác. Tín hiệu bé tí này sẽ được thu nhận bởi một ma trận đĩa giống như ma trận dùng để truyền chùm tia đẩy, và thời gian phản hồi ước tính khoảng bốn năm ánh sáng. Điều quan trọng là các quỹ đạo của Star Chip có thể bao gồm một chuyến bay qua Proxima b, hành tinh cỡ Trái Đất nằm trong vùng ở được của ngôi sao chủ của nó, trong hệ Alpha Centauri. Vào năm 2017, Breakthrough và Đài Thiên văn Nam châu Âu đã hợp tác tìm kiếm thêm các hành tinh ở được trong hệ Alpha Centauri.

Có những mục tiêu thứ cấp cho Breakthrough Starshot. Nó sẽ thám hiểm hệ mặt trời và phát hiện các tiểu hành tinh chuyển động cắt qua quỹ đạo của Trái Đất xung quanh Mặt Trời. Thêm nữa, nhà vật lí Đức Claudius Gros từng đề xuất rằng công nghệ này cũng có thể được sử dụng để thiết lập một sinh quyển gồm các vi khuẩn đơn bào trên các ngoại hành tinh bằng không chỉ có thể ở được trong thời gian ngắn.

Tiến càng xa càng tốt. Tuy nhiên, có những thách thức chính yếu. Một laser công suất giga watt sẽ chỉ cấp lực đẩy vài ba newton. Song phi thuyền nano bù lại cho điều này bằng việc có khối lượng chỉ vài gam. Các thách thức kĩ thuật là rất lớn. Phi thuyền nano đó phải trụ được gia tốc cực lớn, cái lạnh, chân không và các proton, cũng như việc va chạm với các mảnh vụn như bụi vũ trụ. Ngoài ra, việc tập trung một bộ laser tổng cộng 100 giga watt lên các cánh buồm mặt trời sẽ thật khó do các nhiễu loạn trong khí quyển. Làm thế nào chúng ta kết hợp được hàng trăm laser qua chuyển động của khí quyển, làm thế nào chúng ta đẩy phi thuyền nano đi tới mà không thiêu hủy chúng và làm thế nào chúng ta nhắm vào chúng ở hướng thích hợp? Rồi chúng ta sẽ phải giữ cho phi thuyền nano hoạt động trong hai mươi năm trong khoảng không băng giá, để chúng có thể gửi các tín hiệu về đi xuyên bốn năm ánh sáng. Thế nhưng đây đều là các vấn đề kĩ thuật, và thách thức đối với các kĩ sư có xu hướng, cuối cùng, đều giải quyết được. Dù là với các ma trận laser yếu hơn, hành trình đi đến các hành tinh khác, đến các hệ mặt trời bên ngoài hay đến không gian giữa các sao, có thể giảm đi rất nhiều.

Tất nhiên, đây không phải là sự du hành giữa các sao có con người, cho dù nó có thể được nâng cấp lên cỡ một con tàu có phi hành đoàn. Nó sẽ không thể nào dừng lại được. Song nó sẽ là thời khắc khi nền văn hóa con người vươn tới giữa các sao, khi cuối cùng chúng ta cũng tiến vào thiên hà. Và giả sử Breakthrough Starshot gửi về ảnh chụp của một hành tinh ở được đang quay xung quanh láng giềng gần nhất của chúng ta, thì nó có thể có tầm quan trọng rất lớn đối với tương lai của nhân loại.

Để kết luận, tôi trở lại với Einstein. Nếu chúng ta tìm thấy một hành tinh trong hệ Alpha Centauri, thì ảnh chụp của nó, được chụp bởi một camera đang chuyển động ở tốc độ một phần năm tốc độ ánh sáng, sẽ bị méo mó một chút do các hiệu ứng của thuyết tương đối hẹp. Đó sẽ là lần đầu tiên một phi thuyền vũ trụ bay đủ nhanh để chứng kiến những hiệu ứng như thế. Thật vậy, lí thuyết Einstein là trung tâm cho toàn bộ sứ mệnh. Không có nó chúng ta sẽ không có các laser hay khả năng thực hiện các tính toán cần thiết để dẫn đường, chụp ảnh và truyền dữ liệu trên hai mươi lăm nghìn tỉ dặm ở tốc độ một phần năm tốc độ ánh sáng.

Chúng ta có thể thấy một lối mòn giữa một cậu nhóc mười sáu tuổi mơ cưỡi trên một chùm ánh sáng với giấc mơ của chúng ta, cái chúng ta đang lên kế hoạch để biến thành hiện thực, về việc cưỡi trên chùm ánh sáng của chúng ta để đến với các sao. Chúng ta đang đứng trước ngưỡng cửa của một kỉ nguyên mới. Việc con người định cư trên các hành tinh khác không còn là truyện khoa học giả tưởng nữa. Nó có thể là thực tế khoa học. Loài người đã tồn tại như những giống loài độc lập trong khoảng hai triệu năm. Nền văn minh đã bắt đầu khoảng 10.000 năm trước, và tốc độ phát triển cứ tăng lên đều đều. Giả sử nhân loại tiếp tục tồn tại một triệu năm nữa, thì tương lai của chúng ta nằm ở chỗ liều lĩnh tiến vào những nơi chưa từng có ai đến trước đó.

Tôi hi vọng điều tốt đẹp nhất. Tôi phải hi vọng thế. Chúng ta đâu có lựa chọn nào khác.

---

Kỉ nguyên du hành không gian dân sự đang đến gần. Theo bạn nó có ý nghĩa gì đối với chúng ta?

Tôi hóng chờ sự du hành không gian. Tôi sẽ là một trong những người đầu tiên mua vé đi. Tôi kì vọng rằng trong vòng trăm năm tới chúng ta sẽ có thể đi tới bất cứ nơi nào trong hệ mặt trời, có lẽ ngoại trừ đến các hành tinh nhóm ngoài. Còn việc du hành đến các sao sẽ phải chờ lâu hơn một chút. Tôi cho là trong 500 năm, chúng ta sẽ đến thăm một số sao ở gần. Nó sẽ không giống như trong Star Trek. Chúng ta sẽ không thể du hành ở tốc độ tức thời. Do vậy, một chuyến đi khứ hồi sẽ mất khoảng mười năm hoặc có thể lâu hơn nhiều.

Chương 9

TRÍ TUỆ NHÂN TẠO SẼ VƯỢT MẶT CHÚNG TA KHÔNG?

Trí thông minh là trung tâm ý nghĩa đối với loài người. Mọi thứ mà nền văn minh đem đến đều là sản phẩm của trí tuệ con người.

ADN di truyền bản thiết kế của sự sống qua các thế hệ. Những dạng sống phức tạp hơn thu nhận thông tin từ các thụ quan như mắt và tai rồi xử lí thông tin trong não và các hệ thống khác để xác định cách hành động và rồi hành động trên thế giới, bằng cách đưa ra thông tin cho các cơ, chẳng hạn. Vào lúc nào đó trong 13,8 tỉ năm lịch sử vũ trụ của chúng ta đã xảy ra thứ gì đó hay ho. Quá trình xử lí thông tin này thông minh đến mức các dạng sống bắt đầu có ý thức. Vũ trụ của chúng ta lúc này bừng giấc, trở nên tự nhận thức về nó. Tôi xem đó là một thành tựu khi chúng ta, chẳng hơn gì ngoài là bụi sao, đã đi đến nhận thức chi tiết về vũ trụ mà chúng ta đang sinh sống.

Tôi nghĩ chẳng có sự khác biệt đáng kể nào giữa cách bộ não của con giun đất hoạt động và cách một máy tính hoạt động. Tôi cũng tin sự tiến hóa ngụ ý rằng chẳng có sự khác biệt định tính nào giữa bộ não của giun đất và bộ não người. Vì thế suy ra các máy tính có thể, trên nguyên tắc, cạnh tranh với bộ não con người, hoặc thậm chí tốt hơn nó. Rõ ràng có khả năng có thứ gì đó có được trí thông minh cao hơn so với tổ tiên của nó: chúng ta đã tiến hóa thông minh hơn các tổ tiên linh trưởng của mình, và Einstein thông minh hơn bố mẹ của ông.

Nếu các máy tính tiếp tục tuân theo Định luật Moore, tăng gấp đôi tốc độ và dung lượng bộ nhớ sau mỗi mười tám tháng, thì kết quả là các máy tính có thể vượt mặt con người về trí thông minh vào lúc nào đó trong trăm năm tới. Khi một trí tuệ nhân tạo (AI) trở nên tốt hơn con người ở việc thiết kế AI, để nó có thể tự nâng cấp nó mà chẳng cần con người hỗ trợ, thì chúng ta có thể đối mặt trước một sự bùng nổ trí thông minh cuối cùng sẽ khiến máy móc có trí thông minh vượt quá chúng ta còn nhiều hơn cả so với chúng ta vượt mặt loài ốc sên. Khi điều đó xảy ra, chúng ta sẽ phải đảm bảo rằng các máy tính có các mục tiêu cộng tuyến với của chúng ta. Người ta đang cố gắng bác bỏ khả năng máy móc có trí thông minh cao, xem đó chỉ là thuần túy hư cấu khoa học, song đây sẽ là một sai lầm, và có khả năng là sai lầm tệ hại nhất mà chúng ta từng phạm phải.

Trong chừng hai mươi năm qua, AI đã tập trung vào các vấn đề xung quanh việc xây dựng các đại lí thông minh, các hệ thống thu nhận và hành động trong một môi trường đặc biệt. Trong khuôn khổ này, trí thông minh liên quan đến các khái niệm thống kê và kinh tế về tính hợp lí – nghĩa là, theo thông tục, khả năng đưa ra quyết định, lên kế hoạch hay suy luận đúng. Do bởi nghiên cứu mới này, đã có mức độ lớn của sự hợp nhất và thụ tinh chéo giữa AI, học máy, thống kê học, lí thuyết điều khiển, khoa học thần kinh và các lĩnh vực khác. Việc thiết lập các khuôn khổ lí thuyết chung, kết hợp với tính sẵn dùng của dữ liệu và công suất xử lí, đã mang lại những thành công nổi bật trong những nhiệm vụ thành phần đa dạng, ví như nhận dạng giọng nói, phân loại ảnh, xe tự lái, dịch máy, vận động bằng chân và các hệ thống hỏi-đáp.

Khi sự phát triển trong lĩnh vực này và các lĩnh vực khác chuyển từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sang các công nghệ có giá trị kinh tế, một vòng tròn luân lí phát triển, nhờ đó những cải tiến dù nhỏ về hiệu suất cũng rất đáng đồng tiền bát gạo, thúc đẩy sự đầu tư nhiều hơn và rộng hơn cho nghiên cứu. Ngày nay có một sự nhất trí rộng rãi rằng nghiên cứu AI đang tiến bộ đều đặn và tác động của nó đối với xã hội có khả năng tăng lên. Những lợi ích tiềm tàng thật to lớn; chúng ta không thể dự báo chúng ta có thể thu được những gì khi trí thông minh này được khuếch trương bởi các công cụ mà AI cung cấp. Sự diệt trừ tận gốc bệnh tật và nghèo đói là có thể. Do tiềm năng to lớn của AI, điều quan trọng là nghiên cứu làm thế nào thu hoạch những lợi ích của nó đồng thời tránh được các cạm bẫy. Thành công trong việc sáng tạo AI sẽ là sự kiện lớn nhất trong lịch sử nhân loại.

Thật không may, nó cũng có thể là sự kiện cuối cùng, trừ khi chúng ta học được cách né tránh các hiểm họa. Với vai trò một bộ công cụ, AI có thể gia cố trí thông minh hiện có của chúng ta để mở ra các tiến bộ trong mỗi lĩnh vực khoa học và xã hội. Tuy nhiên, nó cũng sẽ mang đến các hiểm họa. Trong khi các hình thức ban sơ của trí tuệ nhân tạo được phát triển cho đến nay tỏ ra rất hữu ích, song tôi e sợ các hệ lụy của việc sáng tạo ra thứ gì đó có thể sánh với con người hoặc vượt mặt con người. Mối quan ngại là AI sẽ tự nâng cấp và thiết kế lại chính nó ở một tốc độ ngày càng tăng. Con người, những kẻ bị hạn chế bởi sự tiến hóa sinh học chậm chạp, không thể cạnh tranh lại và sẽ bị qua mặt. Và trong tương lai AI có thể sẽ phát triển ý chí của riêng nó, một ý chí mâu thuẫn với của chúng ta. Những người khác thì tin rằng loài người có thể làm chủ tốc độ công nghệ trong một khoảng thời gian dài tươm tất, và rằng tiềm năng của AI giải quyết được nhiều vấn đề của thế giới sẽ được hiện thực hóa. Mặc dù tôi nổi tiếng là người lạc quan về nhân loại, song tôi không dám chắc.

Chẳng hạn, trong kì hạn trước mắt, các quân đội trên thế giới đang xem xét khởi động một cuộc chạy đua trang bị các hệ thống vũ khí tự động có khả năng chọn lựa và loại trừ mục tiêu riêng của chúng. Trong khi Liên Hiệp Quốc đang tranh luận một hiệp ước cấm các vũ khí như thế, những người chủ trương vũ khí tự động thường quên nêu ra những câu hỏi quan trọng. Đâu sẽ là điểm kết thúc của một cuộc chạy đua vũ trang và loài người muốn có nó hay không? Chúng ta có thật sự muốn các vũ khí AI rẻ tiền để trở thành những Kalashnikov của ngày mai, bán chúng cho bọn tội phạm và khủng bố trên thị trường chợ đen không? Biết rằng có những lo ngại về khả năng của chúng ta duy trì sự kiểm soát dài hạn đối với các hệ thống AI ngày càng cấp tiến, chúng ta có nên trang bị chúng và quên phòng ngự đối với chúng hay không? Vào năm 2010, các hệ thống giao dịch máy tính hóa đã gây ra cú sốc Flash Crash cho thị trường chứng khoán; một vụ sụp đổ do máy tính kích hoạt sẽ trông như thế nào trong lĩnh vực quốc phòng? Thời điểm tốt nhất để chấm dứt cuộc chạy đua trang bị vũ khí tự động chính là ngay lúc này.

Về trung hạn, AI có thể tự động hóa các việc làm của chúng ta, mang lại sự thịnh vượng lẫn bình đẳng. Nhìn xa hơn về trước, chẳng có giới hạn cơ bản nào đối với cái có thể đạt tới. Không có định luật vật lí nào ngăn ngừa các hạt được tổ chức theo những cách tiến hành được những tính toán tiên tiến hơn sự sắp xếp của các hạt trong bộ não người. Một sự quá độ kiểu bùng nổ là có thể, mặc dù nó diễn ra khác với trong phim ảnh. Như nhà toán học Irving Good đã nhận ra vào năm 1965, các máy móc với trí thông minh siêu nhân có thể tuần tự cải tiến thiết kế của chúng thêm nữa, trong cái nhà văn khoa học giả tưởng Vernor Vinge gọi là một kì dị công nghệ. Người ta có thể tưởng tượng công nghệ ấy thông minh hơn các thị trường tài chính, vượt tầm phát minh của các nhà nghiên cứu con người, vượt tầm kiểm soát của các nhà lãnh đạo con người và có khả năng khuất phục chúng ta bằng những thứ vũ khí chúng ta còn không thể hiểu nỗi. Trong khi tác động ngắn hạn của AI phụ thuộc vào ai kiểm soát nó, tác động dài hạn của AI phụ thuộc vào việc rốt cuộc nó có được kiểm soát hay không.

Tóm lại, sự ra đời của AI siêu thông minh sẽ hoặc là thứ tốt nhất hoặc là thứ tệ nhất từng xảy ra với nhân loại. Hiểm họa thật sự với AI không phải là tính hiểm độc mà là thẩm quyền. Một AI siêu thông minh sẽ cực kì giỏi ở việc thực thi các mục tiêu của nó, và nếu các mục tiêu đó không cộng tuyến với của chúng ta thì chúng ta gặp rắc rối. Có lẽ bạn không phải một con quái vật thù kiến bước giẫm đạp trên lũ kiến vì độc ác, song nếu bạn phụ trách một dự án thủy điện năng lượng xanh và có một tổ kiến trong vùng ngập lũ, thế thì quá tệ cho lũ kiến rồi. Không nên đặt loài người vào vị trí của những con kiến đó. Chúng ta phải lên kế hoạch cho tương lai. Nếu một nền văn minh siêu việt ngoài địa cầu gửi đến chúng ta một thông điệp nói rằng, “Chúng tôi sẽ đến trong vài thập kỉ”, thì chúng ta có nên trả lời ngay, “OK, hãy gọi chúng tôi khi các bạn tới đây, chúng tôi sẽ bật đèn sáng”? Có lẽ không nên, song đây là cái ít nhiều xảy ra với AI. Ít có nghiên cứu nghiêm túc nào dành riêng cho những vấn đề này ngoại trừ ở một vài học viện nhỏ phi lợi nhuận.

May thay, tình trạng này hiện đang thay đổi. Các nhà tiên phong công nghệ Bill Gates, Steve Wozniak và Elon Musk đã đáp lại những lo ngại của tôi, và một nền văn hóa lành mạnh về đánh giá rủi ro và nhận thức về các tác động xã hội hiện đang bén rễ trong cộng đồng AI. Tháng Giêng 2015, tôi, cùng với Elon Musk và nhiều chuyên gia AI, đã kí một thư ngỏ về trí tuệ nhân tạo, kêu gọi nghiên cứu nghiêm túc về tác động của nó đối với xã hội. Trước đây, Elon Musk từng cảnh báo rằng trí tuệ nhân tạo siêu nhân có khả năng đem lại những lợi ích không tính xuể, song nếu triển khai nó bừa bãi sẽ có tác động bất lợi đối với loài người. Elon và tôi cùng ngồi ghế ủy ban cố vấn khoa học cho Viện Tương lai của Sự sống, một tổ chức tìm cách làm giảm nhẹ các hiểm họa sống còn mà nhân loại đối mặt, và là tổ chức đã soạn thảo bức thư ngỏ. Bức thư này kêu gọi nghiên cứu chặt chẽ về cách chúng ta có thể ngăn ngừa các vấn đề tiềm tàng đồng thời cũng gặt hái những lợi ích tiềm tàng mà AI đem lại cho chúng ta, và nó được thiết kế để các nhà nghiên cứu và các nhà phát triển AI chú ý hơn đến sự an toàn AI. Ngoài ra, đối với các nhà hoạch định chính sách và công chúng nói chung, bức thư ấy có ý nghĩa giúp nâng cao nhận thức chứ không phải gieo hoang mang sợ hãi. Tôi nghĩ điều rất quan trọng mọi người nên biết là các nhà nghiên cứu AI đang suy nghĩ nghiêm túc về các vấn đề này và các vấn đề đạo đức. Chẳng hạn, AI có thể diệt trừ tận gốc bệnh tật và nghèo đói, song các nhà nghiên cứu phải tìm cách sáng tạo ra AI có thể kiểm soát được.

Tháng Mười 2016, tôi cũng khánh thành một trung tâm mới ở Cambidge, nó sẽ nỗ lực xử lí một số câu hỏi còn bỏ ngỏ phát sinh bởi tốc độ phát triển nhanh chóng trong nghiên cứu AI. Trung tâm Leverhulme vì Tương lai của Trí thông minh là một viện nghiên cứu đa ngành, dành cho nghiên cứu về tương lai của trí thông minh thiết yếu cho tương lai của nền văn minh của chúng ta và chủng loài của chúng ta. Chúng ta đã dành rất nhiều thời gian nghiên cứu lịch sử, nhưng hãy nhìn mà xem, nó phần lớn là lịch sử về sự ngu ngốc. Vì thế, thật là một thay đổi đáng hoan nghênh khi người ta chuyển sang nghiên cứu tương lai của trí thông minh. Chúng ta nhận thức được các hiểm họa tiềm tàng, song có lẽ với các công cụ của cuộc cách mạng công nghệ mới này chúng ta sẽ còn có thể khôi phục một số thiệt hại đã gây ra với thế giới tự nhiên do sự công nghiệp hóa.

Trong những phát triển gần đây nhằm thúc đẩy AI có một lời kêu gọi từ Nghị viện châu Âu muốn soạn thảo một bộ luật tầm soát sự sáng tạo robot và AI. Có phần bất ngờ, bộ luật này bao gồm cả một dạng cá nhân điện tử, để đảm bảo các quyền lợi và trách nhiệm cho AI có năng lực nhất và tiên tiến nhất. Một phát ngôn viên Nghị viện châu Âu bình luận rằng, vì số lượng tăng dần của các lĩnh vực trong cuộc sống thường nhật của chúng ta không ngừng bị ảnh hưởng bởi robot, nên chúng ta cần đảm bảo rằng các robot phục vụ con người, và vẫn sẽ phục vụ con người. Một báo cáo trình bày trước Nghị viện tuyên bố rằng thế giới đang ở trên đỉnh điểm của một cuộc cách mạng robot công nghiệp mới. Nó cân nhắc có nên thông qua việc cấp quyền lợi hợp pháp cho các robot với tư cách cá nhân điện tử, song song với việc định nghĩa hợp pháp về cá nhân hợp tác. Song nó nhấn mạnh rằng ở thời nào cũng vậy các nhà nghiên cứu và nhà thiết kế phải đảm bảo rằng mọi thiết kế robot có tích hợp một công tắc phế bỏ nó.

Điều này không giúp các nhà khoa học lên chung một phi thuyền với Hal, cỗ máy tính hoạt động trục trặc trong bộ phim 2001: A Space Odyssey của Stanley Kubrick, song đó là hư cấu. Chúng ta đương đầu với thực tế. Lorna Brazell, một chuyên viên tại công ty luật đa quốc gia Osborne Clarke, phát biểu trong một bài tường thuật rằng chúng ta đâu có cấp quyền cá nhân cho cá voi và gorilla, thành ra đâu nhất thiết phải chuyển sang quyền cá nhân robot làm gì. Nhưng thế là cảnh giác. Bài tường thuật ấy cho biết khả năng trong vòng vài thập kỉ AI có thể vượt mặt con người về khả năng trí tuệ và thách thức mối quan hệ con người-robot.

Vào năm 2050, sẽ có khoảng ba mươi siêu đô thị, mỗi siêu đô thị có nhiều hơn mười triệu cư dân. Với ngần ấy con người hò hét đòi hàng hóa và dịch vụ được phân phối hễ khi nào họ cần chúng, thì liệu công nghệ có thể giúp chúng ta bắt kịp với khát vọng của chúng ta muốn có thương mại tức thời hay không? Các robot chắc chắn sẽ làm tăng tốc quá trình bán lẻ trên mạng. Nhưng để cách mạng hóa lĩnh vực mua sắm chúng sẽ phải đủ nhanh để cho phép phân phối hàng hóa trong ngày ứng với mỗi đơn hàng.

Các cơ hội tương tác với thế giới, mà không phải hiện diện bằng xương bằng thịt, đang tăng lên nhanh chóng. Như bạn có thể tưởng tượng, tôi nhận thấy điều đó thật hấp dẫn, chí ít bởi lẽ cuộc sống thành thị cho tất cả chúng ta thật quá bận rộn. Đã bao lần bạn ao ước muốn có gấp đôi số người sẽ chia sẻ khối lượng công việc của bạn? Việc tạo ra một phiên bản thay thế kĩ thuật số có thật của chính chúng ta là một giấc mơ đầy tham vọng, song công nghệ mới nhất đề xuất rằng có lẽ nó không phải là một ý tưởng viễn vông như nó nghe như thế.

Khi tôi còn trẻ hơn bây giờ, sự trỗi dậy của công nghệ hướng tới một tương lai trong đó tất cả chúng ta đều được hưởng thụ nhiều thời gian nhàn rỗi hơn. Thế nhưng trên thực tế, chúng ta càng làm được nhiều việc thì chúng ta càng bận rộn hơn. Các thành phố của chúng ta đã có đầy những máy móc mở rộng các năng lực của chúng ta, song nếu chúng ta có thể ở hai nơi cùng một lúc thì sao nhỉ? Chúng ta đã quen thuộc với những giọng nói tự động trên hệ thống điện thoại và thông báo công cộng. Nay nhà phát minh Daniel Kraft đang nghiên cứu cách chúng ta có thể sao chép chính mình bằng thị giác. Câu hỏi đặt ra là, liệu một avatar có thể thuyết phục đến mức nào?

Các gia sư ảo có thể tỏ ra hữu ích đối với các khóa học mở đông người trên mạng (MOOC) và trong giải trí. Nó có thể thật sự hào hứng – các diễn viên kĩ thuật số có thể trẻ mãi không già và có thể thực hiện những kì công nếu là ai khác sẽ không làm được. Các thần tượng tương lai của chúng ta có thể còn không có thật.

Cách chúng ta kết nối với thế giới kĩ thuật số là chìa khóa cho sự tiến bộ chúng ta sẽ tiến hành trong tương lai. Ở những thành phố thông minh nhất, những ngôi nhà thông minh nhất sẽ được trang bị những dụng cụ trực giác đến mức chúng hầu như chẳng cần tác động bên ngoài để tương tác.

Khi máy đánh chữ được phát minh ra, nó đã giải phóng cách chúng ta tương tác với máy móc. Gần 150 năm sau, các màn hình cảm hứng đã mở ra những phương thức mới giao tiếp với thế giới kĩ thuật số. Các bước ngoặc AI mới đây, ví dụ như xe tự lái, hay một máy tính chiến thắng trò Cờ vây, là những dấu hiệu của cái sắp xảy ra. Vô số vốn đầu tư đang rót vào công nghệ này, nó tạo thành một bộ phận chính trong cuộc sống của chúng ta. Trong những thập kỉ sắp tới, nó sẽ xâm nhập vào mọi mặt của xã hội chúng ta, củng cố một cách thông minh và khuyên răn chúng ta trong nhiều lĩnh vực bao gồm chăm sóc sức khỏe, việc làm, giáo dục và khoa học. Những thành tựu mà chúng ta đã chứng kiến cho đến nay chắc chắn sẽ lu mờ đi so với cái mà những thập niên tới sẽ mang lại, và chúng ta không thể dự báo chúng ta sẽ đạt tới những gì khi trí tuệ của chúng ta được khuếch trương bởi AI.

Có lẽ với những công cụ của cuộc cách mạng công nghệ mới này, chúng ta có thể làm cho cuộc sống loài người tốt hơn. Chẳng hạn, các nhà nghiên cứu đang phát triển AI giúp hồi phục tình trạng tê liệt ở những người bị tổn thương dây cột sống. Sử dụng các bộ phận cấy ghép bằng chip silicon và các giao diện điện tử không dây giữa bộ não và cơ thể, công nghệ sẽ cho phép người ta điều khiển các cử động cơ thể của họ bằng suy nghĩ của họ.

Tôi tin rằng tương lai của giao tiếp là các giao diện bộ não-máy tính. Có hai cách: các điện cực trên sọ và các bộ phận cấy ghép. Cách thứ nhất na ná như việc nhìn qua một cặp kính mờ sương, cách thứ hai rõ nét hơn nhưng có nguy cơ tiêm nhiễm. Nếu chúng ta có thể kết nối một bộ não người với internet thì nó sẽ có toàn bộ kho Wikipedia làm tài nguyên của nó.

Thế giới đã và đang thay đổi nhanh hơn khi con người, các dụng cụ và thông tin không ngừng kết nối với nhau. Công suất điện toán đang tăng dần và điện toán lượng tử đang được hiện thực hóa nhanh chóng. Điều này sẽ làm cách mạng hóa trí tuệ nhân tạo với tốc độ tăng theo hàm số mũ. Nó sẽ tiến tới mã hóa. Máy tính lượng tử sẽ làm thay đổi mọi thứ, kể cả sinh học người. Đã có một kĩ thuật biên tập ADN chính xác, gọi là CRISPR. Cơ sở của công nghệ biên tập bộ gen này là một hệ thống phòng chống vi khuẩn. Nó có thể nhắm mục tiêu chính xác và biên tập các đoạn mã di truyền. Mục đích cao đẹp nhất của việc xử lí di truyền là làm biến đổi các gen sẽ cho phép các nhà khoa học điều trị các nguyên nhân di truyền của bệnh tật bằng cách sửa chữa các đột biến gen. Tuy nhiên, có những khả năng ít cao đẹp hơn cho việc xử lí ADN. Chúng ta có thể tiến bao xa với kĩ thuật di truyền sẽ trở thành một câu hỏi ngày càng cấp thiết. Chúng ta đâu thể cứ giương mắt nhìn các khả năng điều trị các chứng thần kinh vận động – như chứng ALS của tôi – mà không nhìn qua một chút về các hiểm họa của nó.

Trí thông minh được đặc trưng ở khả năng thích nghi để thay đổi. Trí thông minh con người là kết quả của các thế hệ chọn lọc tự nhiên của những thứ có khả năng thích nghi với môi trường biến đổi. Chúng ta không nên e sợ sự thay đổi. Chúng ta cần làm cho nó hoạt động có ích cho mình.

Mọi người chúng ta đều giữ một vai trò nào đó trong việc đảm bảo rằng chúng ta, và thế hệ tiếp theo, không những có cơ hội mà còn quyết tâm tiến hành nghiên cứu khoa học ở cấp độ sớm, để chúng ta có thể triển khai tiềm năng của mình và tạo ra một thế giới tốt hơn cho toàn bộ nhân loại. Chúng ta phải học hỏi vượt quá việc bàn luận lí thuyết xem AI phải như thế nào, đảm bảo chúng ta có kế hoạch cho nó có thể như thế nào. Mọi người chúng ta đều có tiềm năng thúc đẩy các ranh giới của cái được chấp nhận, hoặc được kì vọng, và suy nghĩ lớn. Chúng ta đang đứng bên ngưỡng của một thế giới mới can trường. Thật thú vị, nếu không nói là liều lĩnh, được đứng ở đấy, và chúng ta là những người tiên phong.

Khi chúng ta phát minh ra lửa, chúng ta gặp rắc rối hết lần này đến lần khác, thế là chúng ta phát minh ra cái bật lửa. Với những công nghệ mạnh hơn, ví dụ như vũ khí hạt nhân, sinh học tổng hợp và trí tuệ nhân tạo mạnh, chúng ta nên có kế hoạch từ trước và làm cho mọi thứ hợp lí ngay từ lần đầu tiên, bởi lẽ có khi chúng ta chỉ có một cơ hội duy nhất mà thôi. Tương lai của chúng ta là một cuộc chạy đua giữa sức mạnh không ngừng tăng lên của công nghệ của chúng ta và trí khôn mà chúng ta dùng để sử dụng nó. Hãy đảm bảo rằng trí khôn luôn thắng.

---

Tại sao chúng ta lo sợ như thế về trí tuệ nhân tạo? Chắc chắn con người luôn luôn có khả năng rút chuôi cắm chứ?

Người ta hỏi một máy tính, “Có Chúa hay không?”. Và máy tính trả lời, “Có ngay bây giờ”, và rồi ổ cắm điện bốc cháy.

CHƯƠNG 10

LÀM THẾ NÀO CHÚNG TA ĐỊNH HÌNH TƯƠNG LAI?

Một thế kỉ trước, Albert Einstein đã cách mạng hóa nhận thức của chúng ta về không gian, thời gian, năng lượng và vật chất. Chúng ta vẫn đang tìm kiếm những xác nhận đáng sợ cho các dự đoán của ông, ví dụ như các sóng hấp dẫn đã được quan sát thấy vào năm 2016 bởi thí nghiệm LIGO. Khi tôi nghĩ tới sự tài trí, Einstein hiện ra trong đầu ngay. Những ý tưởng tài tình của ông từ đâu mà có? Có lẽ là một sự pha trộn của các phẩm chất: trực giác, độc đáo, sáng chói. Einstein có khả năng nhìn xuyên thấu lớp bề mặt để thấy rõ cấu trúc nền tảng. Ông không bị khuất phục bởi lẽ thường tình cho rằng vạn vật phải có bản chất như biểu hiện của chúng. Ông can đảm theo đuổi những ý tưởng có vẻ lố bịch đối với những người khác. Và điều này đem lại cho ông sự tự do sáng tạo, đem lại một thiên tài của thời đại của ông và của mọi thời đại.

Yếu tố then chốt với Einstein là trí tưởng tượng. Nhiều khám phá của ông bắt rễ từ khả năng của ông hình dung lại vũ trụ thông qua các thí nghiệm giả tưởng. Ở tuổi mười sáu, khi ông hình dung cưỡi trên một chùm ánh sáng, ông nhận thấy từ vị trí ưu thế này thì ánh sáng sẽ hiện ra một con sóng đóng băng. Hình ảnh đó cuối cùng đã đưa đến thuyết tương đối hẹp.

Một trăm năm sau, các nhà vật lí biết về vũ trụ rõ hơn Einstein rất nhiều. Ngày nay chúng ta có các trang thiết bị tốt hơn để khám phá, ví dụ các máy gia tốc hạt, các siêu máy tính, các kính thiên văn vũ trụ và các thí nghiệm như LIGO nghiên cứu về sóng hấp dẫn. Thế nhưng trí tưởng tượng vẫn là thuộc tính mạnh nhất của chúng ta. Với nó, chúng ta có thể rong chơi bất kì đâu trong không gian và thời gian. Chúng ta có thể chứng kiến những hiện tượng kì lạ nhất của tự nhiên trong khi đang lái xe, đang ngủ ngáy trên giường, hoặc giả vờ lắng nghe ai đó đang phát biểu chán òm tại một bữa tiệc.

Lúc còn bé, tôi vô cùng hứng thú với cách mọi thứ hoạt động. Hồi đó, việc tháo gỡ các bộ phận ra và xem cơ chế vận hành bên trong dễ hơn bây giờ nhiều. Không phải lúc nào tôi cũng thành công trong việc ráp trở lại những món đồ chơi mà tôi đã tháo ra, song tôi nghĩ tôi học được nhiều hơn so với bọn trẻ bây giờ nếu bọn nhóc chơi trò lắp ráp giống như vậy trên điện thoại thông minh.

Công việc của tôi bây giờ vẫn là tìm hiểu xem vạn vật hoạt động ra làm sao, chỉ có điều cấp độ đã thay đổi. Tôi không phá hỏng chiếc xe lửa đồ chơi nào nữa. Thay vậy, tôi cố gắng tìm hiểu xem vũ trụ vận hành như thế nào, bằng cách sử dụng các định luật vật lí. Nếu bạn biết được thứ gì đó hoạt động như thế nào thì bạn có thể điều khiển nó. Nghe đơn giản thật khi tôi nói thế! Chính sự nỗ lực hấp thu và sự phức tạp đã mê hoặc và cảm hóa tôi trong suốt quãng đời trưởng thành của mình. Tôi từng làm việc với một số nhà khoa học vĩ đại nhất thế giới. Tôi may mắn được sống qua cái gọi là một thời kì rực rỡ trong lĩnh vực mà tôi chọn, vũ trụ học, nghiên cứu về các nguồn gốc của vũ trụ.

Trí tuệ con người là một thứ kì diệu. Nó có thể nhận thức được nét nguy nga của bầu trời và các rắc rối của những thành phần cơ bản của vật chất. Song để mỗi trí tuệ đạt tới tiềm năng trọn vẹn của nó, nó cần một tia lóe. Tia lóe về sự thẩm vấn và tự vấn.

Thường thì tia lóe đó đến từ một người thầy. Cho phép tôi được giải thích. Tôi không phải là người dễ dạy, tôi học đọc chậm lắm và chữ viết của tôi xấu kinh khủng. Nhưng khi tôi lên mười bốn, thầy dạy của tôi tại trường ở St Albans, Dikran Tahta, đã chỉ cho tôi cách khai thác nguồn lực của mình và khích lệ tôi suy nghĩ sáng tạo về toán học. Ông đã khai nhãn cho tôi trước toán học là bản thiết kế của chính vũ trụ. Nếu bạn nhìn về phía sau mỗi con người xuất chúng thì sẽ luôn có một người thầy xuất chúng. Khi mỗi người chúng ta nghĩ về cái chúng ta có thể làm trong cuộc đời, có khả năng chúng ta làm thế là bởi vì một người thầy.

Tuy nhiên, giáo dục cùng với nghiên cứu khoa học và công nghệ lúc này bị đe dọa hơn bao giờ hết. Do cuộc khủng hoảng tài chính toàn cầu mới đây và các số đo khắt khe, nguồn tài trợ đang bị cắt giảm đáng kể đối với mọi lĩnh vực khoa học, song đặc biệt các khoa học cơ bản bị ảnh hưởng nhiều nhất. Chúng ta cũng có nguy cơ trở nên thiển cận và bị cô lập về văn hóa, và ngày càng tụt hậu. Ở cấp nghiên cứu, việc trao đổi con người xuyên biên giới quốc gia cho phép các kĩ năng được lan tỏa nhanh hơn và mang đến những con người mới với những ý tưởng khác nhau, bắt nguồn từ những bối cảnh khác nhau của họ. Điều này có thể dễ dàng đem lại sự tiến bộ nơi mà lúc này tiến bộ sẽ khó khăn hơn. Thật không may, chúng ta không thể đi ngược dòng thời gian. Với Brexit và Trump hiện đang áp những thế lực mới về di cư và phát triển giáo dục, chúng ta đang chứng kiến một cuộc nổi dậy toàn cầu chống lại các chuyên gia, bao gồm cả các nhà khoa học. Vậy chúng ta có thể làm gì để đảm bảo tương lai của giáo dục khoa học và công nghệ?

Tôi trở lại với thầy dạy của mình, Mr Tahta. Nền tảng cho tương lai của giáo dục phải nằm ở nhà trường và những người thầy nhiệt huyết. Thế nhưng trường học có thể chỉ đem lại một khuôn khổ căn bản trong đó thỉnh thoảng phương pháp học vẹt, các phương trình và các kì thi khiến bọn trẻ chán ngán khoa học. Đa số mọi người hưởng ứng sự hiểu biết định tính, thay vì định lượng, mà không cần đến các phương trình phức tạp. Sách vở và báo chí khoa học đại chúng cũng có thể chuyển tải những ý tưởng về cách chúng ta sinh sống. Tuy nhiên, chỉ một tỉ lệ nhỏ dân cư đọc đến những quyển sách dù là thành công nhất. Phim tư liệu khoa học và phim ảnh tiếp cận được một lượng lớn khán giả, song nó chỉ là giao tiếp một chiều.

Khi tôi dấn thân vào lĩnh vực nghiên cứu, vũ trụ học hãy còn là một nhánh nghiên cứu khoa học mờ nhạt và nhếch nhác. Ngày nay, thông qua nghiên cứu lí thuyết và những thành tựu thực nghiệm như Máy Va chạm Hadron Lớn và khám phá boson Higgs, vũ trụ học mở ra toàn bộ vũ trụ trước mắt chúng ta. Có những câu hỏi lớn vẫn phải trả lời và nhiều công việc nằm ở phía trước. Song ngày nay chúng ta biết nhiều hơn và thu được nhiều hơn trong khung thời gian tương đối ngắn so với bất kì ai từng hình dung.

Thế cái gì nằm ở phía trước đối với những bạn trẻ vào lúc này? Tôi có thể nói chắc ăn rằng tương lai của họ sẽ phụ thuộc vào khoa học và công nghệ nhiều hơn bất kì thế hệ nào trước đây đã từng. Họ cần phải biết về khoa học nhiều hơn bất kì thế hệ nào trước đây, bởi vì nó chính là một bộ phận cuộc sống hằng ngày của họ theo một kiểu không có tiền lệ.

Không cần suy đoán quá nhiều, có những xu hướng chúng ta có thể thấy và những vấn đề đang phát sinh mà chúng ta biết là phải đương đầu, ngay bây giờ và tiến vào tương lai. Trong số các vấn đề ấy tôi kể đến sự ấm lên toàn cầu, tìm kiếm không gian và tài nguyên cho sự gia tăng hàng loạt của dân số loài người trên Trái Đất, sự tuyệt chủng nhanh của các giống loài khác, nhu cầu phát triển các nguồn năng lượng thay thế, sự suy thoái biển, nạn phá rừng và các dịch bệnh – đấy chỉ mới là một vài vấn đề thôi.

Cũng có những phát minh lớn về tương lai, chúng sẽ cách mạng hóa cách chúng ta sinh sống, làm việc, ăn uống, giao tiếp và đi lại. Có quy mô lớn như thế để đổi mới trong mỗi lĩnh vực đời sống. Điều này thật hào hứng. Chúng ta có thể khai khoáng các kim loại hiếm trên Mặt Trăng, xây dựng một tiền trạm con người trên sao Hỏa, tìm kiếm các phương thuốc và liệu pháp cho những loại bệnh hiện nay không có hi vọng. Những câu hỏi to lớn về sự tồn tại vẫn chưa được trả lời – sự sống đã ra đời như thế nào trên Trái Đất? Ý thức là gì? Có ai đó ở ngoài kia không hay là chúng ta đơn độc trong vũ trụ? Đây là những câu hỏi dành cho thế hệ tiếp theo nghiên cứu.

Một số người nghĩ rằng nhân loại ngày nay nằm ở đỉnh tháp tiến hóa, và rằng thế là tốt rồi. Tôi không đồng ý thế. Phải có cái gì đó rất đặc biệt về các điều kiện biên của vũ trụ của chúng ta, và cái còn có thể đặc biệt hơn nữa đó là chẳng có biên giới nào. Và sẽ chẳng có biên giới nào cho sự gắng sức của loài người. Tôi thấy chúng ta có hai lựa chọn cho tương lai của nhân loại: thứ nhất, thám hiểm không gian tìm kiếm các hành tinh khác để sinh sống, và thứ hai, khai thác tích cực trí tuệ nhân tạo để cải tạo thế giới của chúng ta.

Trái Đất đang trở nên quá nhỏ bé đối với chúng ta. Các tài nguyên vật chất của chúng ta đang bị hút cạn ở một tốc độ đáng báo động. Loài người đã hiến tặng cho hành tinh chúng ta những món quà thảm khốc về biến đổi khí hậu, nạn ô nhiễm, nhiệt độ tăng, suy giảm các chỏm băng vùng cực, nạn phá rừng và tàn sát muôn loài. Dân số của chúng ta cũng đang tăng lên ở một tốc độ đáng báo động. Đối mặt trước những con số này, rõ ràng sự tăng trưởng dân số gần như theo hàm mũ này không thể cứ tiếp tục mãi được trong thiên niên kỉ tới.

Một lí do nữa để xem xét việc chiếm cứ một hành tinh khác là khả năng chiến tranh hạt nhân. Có một lí thuyết nói rằng sở dĩ chúng ta chưa từng tiếp xúc với người ngoài địa cầu là bởi khi một nền văn minh đạt tới giai đoạn phát triển của chúng ta thì nó sẽ không ổn định và tự hủy diệt. Ngày nay chúng ta có sức mạnh công nghệ để hủy diệt hầu như mọi sinh vật sống trên Trái Đất. Như chúng ta đã thấy trong những sự kiện mới đây ở Bắc Triều Tiên, đây là một suy nghĩ tỉnh táo và đáng lo.

Song tôi tin chúng ta có thể tránh được kiếp nạn Armageddon này, và một trong những cách tốt nhất để chúng ta tránh được là tiến ra ngoài không gian và thám hiểm khả năng con người sinh sống trên những hành tinh khác.

Phát triển thứ hai sẽ tác động đến tương lai của nhân loại là sự trỗi dậy của trí tuệ nhân tạo.

Nghiên cứu trí tuệ nhân tạo hiện đang tiến bộ nhanh chóng. Những thành tựu mới đây, ví dụ như xe tự lái, một máy tính đánh thắng trò Cờ vây và sự xuất hiện của các trợ lí cá nhân kĩ thuật số Siri, Google Now và Cortana chỉ mới là những triệu chứng của một cuộc chạy đua trang bị IT, được tiếp sức bởi những khoản đầu tư chưa có tiền lệ và xây dựng trên một nền tảng lí thuyết ngày càng chín muồi. Những thành tựu như thế có thể sẽ làm lu mờ đi những cái mà những thập niên tới sẽ mang đến.

Thế nhưng sự xuất hiện của AI siêu thông minh sẽ hoặc là thứ tốt nhất hoặc là điều tệ nhất từng xảy ra với nhân loại. Chúng ta không biết rằng liệu chúng ta có được hỗ trợ mãi mãi bởi AI hay không, hay là sẽ bị nó phớt lờ và cho ra rìa, hay là bị nó hủy diệt có chủ đích. Là một người lạc quan, tôi tin rằng chúng ta có thể sáng tạo AI cho thế giới tốt đẹp, rằng nó có thể hoạt động hài hòa với chúng ta. Chúng ta chỉ cần nhận thức được các hiểm họa, nhận dạng chúng, triển khai thực thi và quản lí tốt nhất có thể và chuẩn bị sẵn sàng cho những hệ quả của nó từ trước.

Công nghệ đã có một tác động rất lớn trong cuộc đời tôi. Tôi nói chuyện thông qua một máy vi tính. Tôi hưởng lợi từ công nghệ hỗ trợ đem lại cho tôi giọng nói mà bệnh tình của tôi đã cướp đi. Tôi thật may mắn là đánh mất giọng nói ngay lúc bắt đầu kỉ nguyên điện toán cá nhân. Hãng Intel đã và đang hỗ trợ tôi trong hơn hai mươi lăm năm qua, cho phép tôi làm công việc mà tôi yêu thích mỗi ngày. Trong những năm tháng này, thế giới, cùng với tác động của công nghệ lên nó, đã thay đổi rất nhiều. Công nghệ đã làm thay đổi cách mỗi người chúng ta sống cuộc đời của mình, từ sự giao tiếp đến nghiên cứu di truyền, đến truy cập thông tin, và nhiều, nhiều nữa. Khi công nghệ trở nên thông minh hơn, nó mở ra những cánh cửa khả năng mà tôi đã không dự đoán nỗi. Công nghệ phát triển để hỗ trợ người tàn tật hiện đang dẫn tới cách phá vỡ các hàng rào giao tiếp từng án đường cản lối. Nó thường là một nền tảng thử nghiệm cho công nghệ của tương lai. Chuyển giọng nói thành chữ viết, chữ viết thành giọng nói, tự động hóa nhà cửa, lái bằng dây, kể cả xe cá nhân Segway, đều được phát triển cho người tàn tật, nhiều năm trước khi chúng đi vào công dụng hằng ngày. Những thành tựu công nghệ này là do tia lửa lóe lên bên trong chúng ta, động lực sáng tạo. Sự sáng tạo này có thể hiện thân ở nhiều hình thức, từ thành tựu vật chất cho đến vật lí lí thuyết.

Nhưng sẽ xảy ra nhiều hơn thế nữa. Các giao diện bộ não có thể làm cho phương tiện giao tiếp này – được càng nhiều người sử dụng hơn – nhanh hơn và ấn tượng hơn. Ngày nay tôi xài Facebook – nó cho phép tôi nói trực tiếp với bạn bè và người hâm mộ của tôi trên khắp thế giới để họ có thể theo dõi những lí thuyết mới nhất của tôi và xem ảnh từ những chuyến du lịch của tôi. Nó cũng có nghĩa là tôi có thể chứng kiến con cái của tôi thật sự trưởng thành như thế nào, thay vì nghe chúng kể rằng chúng đang làm gì.

Stephen Hawking

Theo cách giống như Internet, điện thoại di động của chúng ta, phương pháp chụp ảnh y khoa, đạo hàng qua vệ tinh và các mạng xã hội là những thứ không thể hiểu nỗi đối với xã hội chỉ vài thế hệ trước đây, thế giới tương lai của chúng ta sẽ làm biến chuyển nhanh không kém những cách mà chúng ta chỉ mới bắt đầu nhận ra. Thông tin tự nó sẽ không đưa chúng ta đến đó, mà chính việc sử dụng thông tin một cách thông minh và sáng tạo sẽ đưa chúng ta đến đó.

Có quá nhiều thứ sắp xảy đến và tôi hi vọng viễn cảnh này mang lại nguồn cảm hứng lớn cho lớp trẻ ngày nay. Thế nhưng chúng ta phải có một vai trò nào đó trong việc đảm bảo rằng thế hệ trẻ này không những có cơ hội mà còn ước muốn dấn thân trọn vẹn cho nghiên cứu khoa học ở cấp độ sớm để chúng có thể tiếp tục hoàn thiện tiềm năng của chúng và tạo ra một thế giới tốt hơn cho toàn thể nhân loại. Và tôi tin rằng tương lai của học hành và giáo dục chính là Internet. Người ta có thể trả lời lại và tương tác. Theo một kiểu nào đó, Internet kết nối tất cả chúng ta với nhau giống như các neuron trong một bộ não khổng lồ. Và với một IQ như thế, liệu chuyện gì chúng ta không thể làm được chứ?

Lúc tôi lớn lên, sẽ hợp lí thôi nếu nói rằng – không chỉ riêng tôi đâu, mà toàn xã hội nói chung – người ta chẳng còn yêu thích khoa học và chẳng muốn dính líu với nó làm gì. Điều này không còn đúng nữa. Hãy để tôi làm rõ. Tôi không cổ xúy ý tưởng cho rằng mọi người trẻ nên lớn lên làm nhà khoa học hết. Tôi không xem như thế là tình huống lí tưởng, vì thế giới cần con người với những kĩ năng đa dạng. Song tôi tán thành rằng mọi người trẻ nên quen thuộc và tin cậy vào các đề tài khoa học, cho dù họ chọn làm công việc gì. Họ phải có kiến thức khoa học, và được khơi cảm hứng dấn thân với các phát triển khoa học và công nghệ để hiểu rõ thêm.

Một thế giới trong đó chỉ một lượng nhỏ thành phần siêu ưu tú mới có khả năng nhận thức khoa học và công nghệ tiên tiến cùng những ứng dụng của nó, theo tôi đó là một thế giới nguy hiểm và hạn chế. Tôi nghiêm túc nghi ngờ liệu những dự án có lợi ích dài hạn như làm sạch đại dương hay chữa bệnh ở thế giới đang phát triển có được ưu tiên như đã nói hay không. Tệ hơn nữa, chúng ta có thể thấy công nghệ được sử dụng để chống lại chúng ta và chúng ta chẳng có sức mạnh gì để chặn đứng nó.

Tôi không tin vào các đường biên giới, dù với cái chúng ta có thể làm trong cuộc sống cá nhân của mình, hay với cái sự sống và trí thông minh có thể thực hiện trong vũ trụ của chúng ta. Chúng ta đang đứng bên ngưỡng của những khám phá quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học. Không nghi ngờ gì nữa, thế giới của chúng ta sẽ thay đổi khôn cùng trong năm mươi năm tới. Chúng ta sẽ tìm thấy cái xảy ra lúc Big Bang. Chúng ta sẽ đi đến hiểu được sự sống đã ra đời như thế nào trên Trái Đất. Chúng ta có thể còn khám phá được sự sống liệu có tồn tại ở đâu đó khác trong vũ trụ hay không. Trong khi cơ hội giao tiếp với một giống loài thông minh ngoài địa cầu có thể là nhỏ, song tầm quan trọng của một khám phá như thế có nghĩa là chúng ta không nên ngừng nỗ lực. Chúng ta sẽ tiếp tục khám phá môi trường vũ trụ của mình, gửi các robot và con người vào không gian. Chúng ta không thể cứ nhìn vào chính chúng ta mãi trên một hành tinh nhỏ bé, không ngừng bị ô nhiễm và quá chừng đông đúc. Thông qua nỗ lực khoa học và cách tân công nghệ, chúng ta phải ra bên ngoài hướng đến vũ trụ rộng hơn, đồng thời phấn đấu sửa chữa các trục trặc trên Trái Đất. Và tôi là người lạc quan nên cuối cùng chúng ta sẽ tạo ra được những môi trường sống thích hợp cho chủng loài người trên những hành tinh khác. Chúng ta sẽ vượt quá Trái Đất và học cách tồn tại trong không gian.

Đây không phải kết thúc của câu chuyện, mà chỉ mới là phần mở đầu của cái tôi hi vọng sẽ là hàng tỉ năm sự sống sinh sôi nảy nở trong vũ trụ.

Và tóm lại, chúng ta thật sự không bao giờ biết được khám phá khoa học vĩ đại tiếp theo sẽ đến từ đâu, hay ai sẽ thực hiện nó. Việc lan tỏa niềm hân hoan và diệu kì của sự khám phá khoa học, sáng tạo những phương thức cách tân và dễ tiếp cận để vươn tới những khán thính giả trẻ đông đúc nhất có thể, làm tăng rất nhiều cơ hội tìm kiếm và khơi cảm hứng cho một Einstein mới. Cho dù người đó có thể đang ở đâu.

Vậy nên hãy nhớ ngước nhìn các vì sao chứ đừng nhìn xuống chân bạn. Cố gắng tìm kiếm ý nghĩa của cái bạn nhìn thấy và tự hỏi điều gì làm cho vũ trụ tồn tại. Hãy hiếu kì. Và cho dù cuộc sống trông có vẻ khó khăn, luôn luôn có thứ gì đó bạn có thể làm và thành công. Vấn đề là bạn đừng bỏ cuộc. Hãy thả trí tưởng tượng của bạn bay bổng. Hãy định hình tương lai.

--

Ý tưởng làm thay đổi thế giới nào, dù lớn hay nhỏ, mà bạn muốn chứng kiến loài người thực thi?

Câu hỏi này dễ. Tôi muốn thấy sự phát triển của năng lượng nhiệt hạch đem lại một nguồn cung năng lượng sạch không giới hạn, và sự chuyển đổi sang xe hơi điện. Nhiệt hạch sẽ trở thành nguồn năng lượng thực tế và sẽ đem lại cho chúng ta một nguồn cung năng lượng không bao giờ cạn kiệt, không gây ô nhiễm hoặc ấm lên toàn cầu.

LỜI BẠT

Lucy Hawking

Dưới bầu trời xám xịt lạnh lẽo của ngày xuân Cambridge, chúng tôi ngồi trong đoàn xe tang hướng về phía Đại Giáo đường St Mary, giáo đường thuộc trường đại học, theo truyền thống là nơi tổ chức lễ tang của các học giả danh tiếng. Phố xá lặng thinh. Cambridge trông như không người, cả bóng dáng một khách du lịch vãng lai cũng không. Duy chỉ có màu sắc từ đèn chớp xanh của xe mô tô cảnh sát bảo vệ xe tang cùng với quan tài của bố tôi ở bên trong, rồi chúng tôi dừng lại tại nút giao thông.

Và rồi chúng tôi rẽ trái. Và tôi nhìn thấy đám đông, ken kín người dọc một trong những con phố danh giá nhất trên thế giới, King’s Parade, trái tim của thành Cambridge. Tôi chưa từng chứng kiến nhiều con người như thế lại lặng im như thế. Với băng rôn, cờ phướn, camera và điện thoại di động cầm giơ cao, dòng người miên man trên phố đứng lặng thinh thành kính khi hiệu trưởng trường Gonville and Caius, nơi làm việc của bố tôi, ăn mặc trịnh trọng với mũ quả dưa và gậy gỗ mun, bước trang nghiêm theo con phố đến gặp đoàn xe tang và cùng đi bộ đến nhà thờ.

Dì tôi nắm chặt tay tôi khi cả hai đầm đìa nước mắt, “Hẳn anh ta sẽ thích chuyện này,” dì thì thầm bên tai tôi.

Kể từ khi bố tôi qua đời, đã có quá nhiều thứ mà ông sẽ thích, quá nhiều thứ tôi ước gì ông có thể biết được. Tôi ước gì ông có thể chứng kiến sự ủng hộ nồng nhiệt dành cho ông, đến từ khắp nơi trên thế giới. Tôi ước gì ông có thể nghe được những lời yêu thương và tôn kính dành cho ông bởi hàng triệu con người mà ông chưa từng gặp mặt. Tôi ước gì ông biết rằng ông được mai táng tại Tu viện Westminster, nằm giữa hai người anh hùng khoa học của ông, Isaac Newton và Charles Darwin, và khi ông nằm yên nghỉ trong lòng đất mẹ thì giọng nói của ông sẽ được một kính thiên văn vô tuyến phát về hướng một lỗ đen.

Thế nhưng ông cũng sẽ tự hỏi không biết chuyện gì mà người ta làm om sòm thế nhỉ. Ông là một người khiêm tốn đến bất ngờ, mặc dù yêu thích ánh đèn sân khấu song dường như ông bị lúng túng bởi danh tiếng của mình. Một cụm từ trong quyển sách này đã nhảy ra khỏi trang sách trước mắt tôi khi tôi muốn tóm tắt thái độ của ông về chính mình: “nếu như tôi có đóng góp gì”. Ông là người duy nhất có thêm chữ “nếu” cho câu đó. Tôi nghĩ những người khác sẽ cảm thấy chắc ăn mình có đóng góp.

Và đóng góp ấy mới tuyệt làm sao. Cả trong nét uy nghi bao trùm công trình của ông về vũ trụ học, khảo sát cấu trúc và các nguồn gốc của chính vũ trụ lẫn ở lòng can đảm và hài hước hoàn toàn rất con người của ông khi đối mặt trước các thách thức. Ông tìm ra một cách đạt vượt quá các giới hạn hiểu biết đồng thời vượt qua các giới hạn của sự chịu đựng. Tôi tin rằng chính sự kết hợp này đã khiến ông trở thành một nhân vật biểu tượng như thế, dễ tiếp cận như thế, thân thiện như thế. Ông chịu đựng song ông nhẫn nại. Thật là nỗ lực biết bao để ông giao tiếp – nhưng ông đã cố gắng như thế, liên tục thích nghi với thiết bị của ông khi khả năng cử động tổn thất dần. Ông chọn lựa ngôn từ thật chính xác để chúng có được tác động tối đa khi nói qua giọng nói điện tử ngang phè đã trở nên hết sức ấn tượng khi ông sử dụng. Khi ông nói, mọi người lắng nghe, dù đó là các quan điểm của ông về NHS hay về sự giãn nở của vũ trụ, chưa bao giờ mất cơ hội chen vào một câu chuyện đùa, trình bày cùng gương mặt đơ nhất song với sự lấp lánh hiểu biết trong mắt ông.

Bố tôi còn là một người đàn ông trong gia đình, một thực tế lọt thỏm giữa rừng người cho đến khi bộ phim The Theory of Everything xuất hiện vào năm 2014. Chắc chắn đó là chuyện không bình thường, khi vào thập niên 1970, bạn tìm thấy một con người tật nguyền có vợ có con, rồi có cả sự tự động hóa mạnh mẽ và sự độc lập nữa. Lúc còn bé, tôi rất không thích cái cách những người lạ trân trân nhòm ngó chúng tôi, thỉnh thoảng còn há hốc miệng, khi bố tôi điều khiển cái xe lăn của ông ở tốc độ bàn thờ băng qua Cambridge, cạnh bên là hai đứa trẻ tóc vàng hoe cột bó, thường vừa chạy vừa cố ăn kem. Tôi nghĩ như thế là vô cùng thô lỗ. Tôi thường cố nhìn chằm chằm trở lại nhưng tôi không nghĩ sự phẫn nộ của tôi từng chạm trúng mục tiêu, nhất là từ một gương mặt trẻ con bê bết vì kẹo tan chảy.

Như thế không phải là một tuổi thơ bình thường, cho dù thả sức tưởng tượng như thế nào. Tôi biết điều đó – và đồng thời tôi chẳng hề biết. Tôi nghĩ sẽ hết sức bình thường nếu hỏi rất nhiều câu hỏi thách đố vì đây là việc chúng tôi làm tại nhà mình. Chỉ đến khi tôi ép một vị cha sở phát khóc vì tôi cứ đánh giá sát về bằng chứng của ông cho sự tồn tại của Chúa thì tôi mới vỡ lẽ rằng điều này là ngoài trông đợi.

Là một đứa bé, tôi đâu có nghĩ mình thuộc loại thích hỏi – tôi tin rằng đây là do anh trai tôi, lần nào thì anh tôi cũng thông minh hơn tôi (và bây giờ vẫn thế). Tôi nhớ có một lần gia đình nghỉ lễ – giống như nhiều kì nghỉ lễ gia đình khác, nó khớp một cách bí ẩn với một hội nghị vật lí ở nước ngoài. Anh tôi và tôi tham dự một số bài thuyết giảng, để cho mẹ tôi ngơi tay một chút với bổn phận chăm sóc cả cha lẫn con. Hồi đó, các bài giảng vật lí không nổi tiếng và chắc chắn không dành cho trẻ con. Tôi ngồi ở đó, vẽ nguệch ngoạc lên sổ tay của mình, còn anh tôi thì giơ cánh tay trần bé bỏng lên cao và nêu một câu hỏi với vị học giả danh tiếng đang trình bày, trong khi bố tôi bừng bừng mặt vì tự hào.

Người ta thường hỏi tôi, “Là con gái của Stephen Hawking thì sao nhỉ?” và chắc hẳn, chẳng có câu trả lời ngắn gọn nào làm người ta thỏa mãn hết. Tôi có thể nói rằng ấy cao thì rất là cao, thấp thì thấp tận đáy và ở lưng chừng giữa tồn tại một nơi chúng tôi thường gọi là “bình thường – dành cho chúng tôi”, một sự công nhận khi trưởng thành là cái chúng tôi cảm thấy bình thường chưa hẳn là bình thường đối với những người khác. Khi thời gian làm vơi đi nỗi đau thô thiển ấy, tôi sực tỉnh rằng tôi đã mất nhiều thời gian như thế để xử lí các trải nghiệm của chúng tôi. Hiểu theo kiểu nào đó, tôi còn không chắc tôi muốn gì. Đôi khi, tôi muốn bám lấy những lời cuối cùng mà bố nói với tôi, rằng tôi là một cô con gái đáng yêu và rằng tôi không nên sợ hãi. Tôi sẽ không bao giờ can đảm như bố – trong bản chất tôi không phải là người đặc biệt có dũng khí – nhưng bố đã chỉ ra cho tôi rằng tôi có thể thử sức. Và việc thử sức đó hóa ra có thể là phần quan trọng nhất của lòng dũng cảm.

Bố tôi không bao giờ bỏ cuộc, ông không bao giờ thôi chiến đấu. Ở tuổi bảy mươi lăm, hoàn toàn bị tê liệt và chỉ có thể cử động vài cơ mặt, ông vẫn thức dậy mỗi ngày, mặc quần áo và đi làm. Ông có công việc để làm và không để cho những chuyện vô vị xen vào con đường của ông. Nhưng tôi phải nói rằng, giá như ông biết về những chiếc mô tô hộ tống của cảnh sát có mặt tại tang lễ của ông, thì ông đã nhờ họ mỗi ngày dẫn đường cho ông qua luồng giao thông đông đúc buổi sáng từ nhà ông ở Cambridge đến chỗ làm.

Thật hạnh phúc, ông thật sự biết về quyển sách này. Đó là một trong những dự án mà ông đã làm trong cái hóa ra là năm làm việc cuối cùng của ông trên Trái Đất. Ý tưởng của ông là mang toàn bộ những bài viết đương thời của ông in thành một bộ. Giống như nhiều thứ từng xảy ra kể từ khi ông qua đời, tôi ước gì ông có thể chứng kiến được phiên bản cuối cùng ấy. Tôi nghĩ ông sẽ rất tự hào về quyển sách này và thậm chí cuối cùng ông phải thừa nhận rằng suy cho cùng thì ông đã có đóng góp cho đời.

Lucy Hawking

Tháng Bảy 2018  

---

Cảm tạ

Ban di sản Stephen Hawking chân thành cảm tạ Kip Thorn, Eddie Redmayne, Paul Davies, Seth Shostak, Dame Stephanie Shirley, Tom Nabarro, Martin Rees, Malcolm Perry, Paul Shellard, Robert Kirby, Nick Davies, Kate Craigie, Chris Simms, Doug Abrams, Jennifer Hershey, Anne Speyer, Anthea Bain, Jonathan Wood, Elizabeth Forrester, Yuri Milner, Thomas Hertog, Ma Hauteng, Ben Bowie và Fay Dowker vì sự giúp đỡ của họ trong việc biên soạn quyển sách này.

Stephen Hawking nổi tiếng vì những hợp tác khoa học và sáng tạo của ông trong suốt sự nghiệp của mình, từ nghiên cứu cùng các cộng sự về những bài báo khoa học mang tính đột phá cho đến hợp tác với các nhà biên kịch, ví dụ đội biên kịch The Simpsons. Trong những năm tháng về cuối đời, Stephen cần mức hỗ trợ tăng dần từ những người xung quanh ông, cả về mặt kĩ thuật và trợ giúp giao tiếp. Ban di sản muốn gửi lời cảm tạ tất cả những người đã từng giúp Stephen giữ giao tiếp với thế giới.

Các sách của Stephen Hawking

• A Brief History of Time
• Black Holes and Baby Universes and Other Essays
• The Illustrated A Brief History of Time
• The Universe in A Nutshell
• A Briefer History of Time (với Leonard Mlodinow)
• The Grand Design (với Leonard Mlodinow)
• My Brief History
• Brief Answers to the Big Questions

Dành cho trẻ em

• George’s Secret Key to the Universe (với Lucy Hawking)
• George’s Cosmic Treasure Hunt (với Lucy Hawking)
• George and the Big Bang (với Lucy Hawking)
• George and the Unbreakable Code (với Lucy Hawking)
• George and the Blue Moon (với Lucy Hawking)

Nguồn: http://360.thuvienvatly.com/